微晶玻璃及其應(yīng)用

1、微晶玻璃及其應(yīng)用 張長(zhǎng)鑫微晶玻璃微晶玻璃的概述微晶玻璃的分類和制造工藝微晶玻璃的結(jié)構(gòu)性能微晶玻璃的應(yīng)用1234微晶玻璃簡(jiǎn)介： 微晶玻璃又稱為陶瓷玻璃，具有陶瓷和玻璃的的雙重性能，是新型材料的一種。它是通過(guò)基礎(chǔ)材料或其他玻璃在加熱工程中通過(guò)控制晶化而得到的一種含有微晶體和玻璃體的新型復(fù)合固體材料。更具體地說(shuō)，它是在1500下從特殊液中析出的玻璃晶相及硅灰石晶體和玻璃相結(jié)合致密晶體材料。通過(guò)它具有玻璃和陶瓷的雙重特性，普通玻璃內(nèi)部的原子排列是沒有規(guī)則的，這也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一樣，由晶體組成，也就是說(shuō)，它的原子排列是有規(guī)律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韌性強(qiáng)。在195

2、2年的一天，康寧玻璃廠（CorningGlassWorks）化學(xué)家唐斯圖基（DonStookey）將一塊光敏玻璃的樣本放到火爐中，將溫度設(shè)定在600攝氏度。在加熱過(guò)程中的某個(gè)時(shí)刻，一名控制員犯了錯(cuò)誤，將溫度提升到900攝氏度。斯圖基原本以為這塊玻璃將會(huì)熔化，火爐也將被燒毀；但當(dāng)他打開爐門時(shí)卻奇怪地發(fā)現(xiàn)，這塊鋰硅酸鹽玻璃已經(jīng)變成了一塊奶白色的薄板。當(dāng)他試圖拿出這塊薄板的時(shí)候，由于鉗子未能夾緊的緣故，導(dǎo)致這塊玻璃樣本滑落在地，但卻沒有摔碎，而是彈了起來(lái)。斯圖基后來(lái)入選了美國(guó)國(guó)家發(fā)明家名人堂（NationalInventorsHallofFame），但在當(dāng)時(shí)他并不知道自己偶然間發(fā)明了第一塊有機(jī)微晶玻

3、璃，這種材料隨后被康寧命名為“微晶玻璃”發(fā)現(xiàn)過(guò)程：性能：當(dāng)玻璃中種充滿微小晶體后，玻璃的性質(zhì)即可發(fā)生變化，機(jī)既有非晶形變轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饘賰?nèi)部晶體結(jié)構(gòu)的玻璃結(jié)晶材料，其內(nèi)微晶體的大小可達(dá)到幾納米到幾微米，晶體數(shù)量可到50-90.因此微晶玻璃具有高機(jī)械強(qiáng)度，低導(dǎo)電性，良好的可加工性能，介電常數(shù)穩(wěn)定，熱膨脹系數(shù)可在很大范圍調(diào)節(jié)，耐化學(xué)腐蝕，耐磨，熱穩(wěn)定性好。它近似于一種硬化后不硬不碎的凝膠，是一種新的透明或半透明的無(wú)機(jī)材料。微晶玻璃的分類按外觀透明微晶玻璃不透明微晶玻璃按材料技術(shù)微晶玻璃礦渣微晶玻璃按基礎(chǔ)玻璃組成硅酸鹽類，鋁硅酸鹽類，硼硅酸鹽類硼酸鹽類，磷酸鹽類按性能耐高溫，耐熱沖擊，耐高強(qiáng)度低膨脹，

4、低介電損失，壓電性，生物性微晶玻璃的制備工藝可分為：燒結(jié)法，壓延法，澆鑄法和溶膠凝膠法燒結(jié)法的制備流程為；配料混合玻璃熔制水淬烘干破碎研磨過(guò)篩分級(jí)裝模鋪料燒結(jié)晶化退火微晶玻璃原版研磨拋光帶有顆粒紋理的制品壓延法的工藝流程：配料混合玻璃熔制壓延熱切割玻璃平板晶化微晶玻璃研磨拋光帶顆粒紋理成品優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品致密度高，無(wú)氣孔，抗折強(qiáng)度大，制造工藝連續(xù)，可全線自動(dòng)化生產(chǎn)。缺點(diǎn)：析晶難以控制，整體析晶時(shí)間長(zhǎng)，成品率低，成本高。澆鑄法工藝流程：配料混合玻璃熔制澆鑄脫模晶化微晶玻璃研磨拋光帶顆粒紋理產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：可澆鑄成異形性，對(duì)生產(chǎn)一些異形板有很大優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)品致密度高，無(wú)氣孔，抗壓強(qiáng)度大。缺點(diǎn)：對(duì)模具質(zhì)量要求高，模

5、具損耗大，生產(chǎn)成本高。溶膠凝膠法： 將金屬有機(jī)鹽作為原料，溶解到乙醇中，并以醋酸為催化劑；在恒溫下加熱，一段時(shí)間后，隨部分溶劑揮發(fā)，有積金屬鹽不斷水解并縮聚，溶液的濃度和粘度不斷增大，并形成一種不可流動(dòng)的凝膠狀態(tài)，然后再逐步進(jìn)行熱處理，最后獲得微晶玻璃。優(yōu)點(diǎn)：其制備低溫遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法，同時(shí)可以避免一些組分揮發(fā)，減少污染。其組成完全可以按照傳統(tǒng)配方和化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確獲得。缺點(diǎn)：凝膠在燒結(jié)過(guò)程中有很大的收縮，易變形。微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)：微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)主要由組成和熱處理工藝所決定,對(duì)于微晶玻璃的物理特性如機(jī)械強(qiáng)度、斷裂韌性、透光性、抗熱震性等有很大影響。微晶玻璃的顯微結(jié)構(gòu)主要有枝晶結(jié)構(gòu)、超細(xì)顆粒、多

6、孔膜、殘余結(jié)構(gòu)、積木結(jié)構(gòu)、柱狀互鎖結(jié)構(gòu)、孤島結(jié)構(gòu)、片狀孿晶等。枝晶結(jié)構(gòu)是由晶體在某一晶格方向上加速生長(zhǎng)造成的。枝晶的總輪廓與通常晶體形貌相似，在枝晶結(jié)構(gòu)中保留了很高比例的殘余玻璃相。枝晶在三維方向上連續(xù)貫通，形成骨架。由于氫氟酸對(duì)亞硅酸鋰的侵蝕速度要比鋁硅酸鹽玻璃相更快，亞硅酸鋰枝晶有容易被銀感光成核，可將復(fù)雜的圖案轉(zhuǎn)移到微晶玻璃上。高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在幾十納米以內(nèi)，得到超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)。在鋰鋁硅透明微晶玻璃中，由于充分核話，基礎(chǔ)玻璃中形成大量的鈦酸鋯晶核，-石英固溶體晶相在晶核上外延生長(zhǎng)，形成平均晶粒尺寸約60nm均勻的超細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)。由于晶粒尺寸遠(yuǎn)小于可見光波長(zhǎng)，并且-石英固溶體

7、的雙折射率較低，該微晶玻璃透光率很高。類硅酸鹽礦物在二維方向上結(jié)晶能夠產(chǎn)生一種互鎖的積木結(jié)構(gòu)，是可切削微晶玻璃的典型顯微結(jié)構(gòu)。由于云母晶相較軟，而且能使切削工具尖端引起的裂紋鈍化、偏轉(zhuǎn)和分支而產(chǎn)生碎片剝落，不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性破壞，因此即使晶相體積分?jǐn)?shù)僅40%也具有良好的可切削性，此外，云母相的連續(xù)性也使此類微晶玻璃具有很高的電阻率和介電強(qiáng)度。在許多微晶玻璃中，殘余玻璃相可以形成多孔膜結(jié)構(gòu)。以-鋰輝石固溶體為主晶相的鋰鋁硅不透明微晶玻璃中，殘余玻璃相中SiO2含量較高，黏度較大，因而能夠阻礙鋁離子膜網(wǎng)絡(luò)。因此，鋰鋁硅微晶玻璃在高溫下具有非常好的顆粒穩(wěn)定性，可以在1200的高溫下長(zhǎng)時(shí)間使用。所謂殘余結(jié)

8、構(gòu)式指微晶玻璃如實(shí)地保留了基礎(chǔ)玻璃中原有的結(jié)構(gòu)。微晶玻璃成核的第一步往往是液-液分相，形成液滴。如在二元鋁硅玻璃中，從高硅基質(zhì)中分離出組成類似于莫來(lái)石的高鋁液滴。熱處理時(shí)，高鋁液滴晶化成為莫來(lái)石微晶體，其外形繼承了母體液滴的球形外貌。由于微晶體尺寸很小，只有幾十納米，盡管莫來(lái)石與硅質(zhì)玻璃之間的折射率相差較大，對(duì)可見光的散射很小，是一種透明微晶玻璃。1：機(jī)械力學(xué)材料上的應(yīng)用利用微晶玻璃耐高溫、抗熱震、熱膨脹性可調(diào)等力學(xué)和熱學(xué)性能，制造出各種滿足機(jī)械力學(xué)要求的材料。作為機(jī)械力學(xué)材料的微晶玻璃廣泛應(yīng)用于活塞、旋轉(zhuǎn)葉片、吹具的制造上，同時(shí)也用在飛機(jī)、火箭、人造地球衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料上。2:光學(xué)材料上的應(yīng)用近幾年，出現(xiàn)了用鋰系微晶玻璃材料制造光纖接頭，它與傳統(tǒng)使用氧化鋯材料相比熱膨脹系數(shù)和硬度與石英玻璃光纖更為匹配，更易于高精度加工，環(huán)境穩(wěn)定性優(yōu)良。微晶玻璃的應(yīng)用3；電子與微電子材料上的應(yīng)用用溶膠凝膠法制取的鐵電微晶玻璃介電常數(shù)隨溫度的增加而減少然后再增加，并且其居里點(diǎn)具有明顯的彌散特征的云母微晶玻璃在電子、精密部件、航空領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。極性微晶玻璃是一種新型的功能材料，含有定向生長(zhǎng)的非鐵