微晶玻璃課件

微晶玻璃的研究現(xiàn)狀報(bào)告人：鄭彩鳳日期：2013-06-17主要內(nèi)容微晶玻璃的概述微晶玻璃的分類和制備工藝微晶玻璃的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用微晶玻璃的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向

微晶玻璃的概述微晶玻璃：

微晶玻璃是又稱微晶玉石或陶瓷玻璃，具有玻璃和陶瓷的雙重特性，是新型微晶材料的一種。它是通過(guò)基礎(chǔ)玻璃或其它材料在加熱過(guò)程中進(jìn)行控制晶化而得到的一種中含有大量微晶體和玻璃體的復(fù)合固體材料。更具體說(shuō),它是在高達(dá)1500℃高溫條件下,從含特殊成份的玻璃液中析出的特殊晶相及硅灰石晶體和玻璃相結(jié)合致密整體結(jié)晶材料。微晶玻璃的概述性能由此改變：當(dāng)玻璃中充滿微小晶體后（每立方厘米約十億晶粒），玻璃固有的性質(zhì)發(fā)生變化，即由非晶形變?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)微晶體的大小一般可從10納米到幾微米,晶體數(shù)量可高達(dá)50%～90%。

因此,微晶玻璃具有高機(jī)械強(qiáng)度、低電導(dǎo)性、良好的可加工性、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)良性能。它近似于硬化后不脆不碎的凝膠，是一種新的透明或不透明的無(wú)機(jī)材料，即所謂的結(jié)晶玻璃、玻璃陶瓷或高溫陶瓷。

微晶玻璃的分類微晶玻璃的分類

耐高溫、耐熱沖擊、

高硬耐磨、高強(qiáng)度等

低膨脹、低介電損失、壓電性、生物性等

微晶玻璃的制備工藝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)法的工藝流程為：

配料混合玻璃熔制水淬過(guò)篩分級(jí)破碎研磨烘干裝模鋪料退火晶化燒結(jié)研磨拋光微晶玻璃原版帶有顆粒紋理的制品

優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)周期短、品種多樣等。

缺點(diǎn)：工藝復(fù)雜、對(duì)模具要求高、成品氣泡多等。微晶玻璃的制備工藝

壓延法的工藝流程：優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品致密度高、無(wú)氣孔，抗折強(qiáng)度大；制造工序連續(xù)，可全線自動(dòng)化生產(chǎn)；易于成型。缺點(diǎn)：析晶難以控制，整體析晶時(shí)間長(zhǎng)；熱處理過(guò)程中炸裂嚴(yán)重，成品率低；一次性投資大，工藝技術(shù)復(fù)雜，成本高。配料研磨拋光微晶玻璃晶化玻璃平板熱切割壓延玻璃熔制混合帶顆粒紋理成品微晶玻璃的制備工藝溶膠－凝膠法：

首先將某些金屬有機(jī)鹽作為原料，使其均勻地溶解在乙醇中，并以醋酸作為催化劑，在規(guī)定的溫度下恒溫加熱，隨時(shí)間變化，一部分溶劑揮發(fā)后，有機(jī)金屬鹽不斷水解并縮聚，溶液的濃度和黏度不斷增大，并形成一種不可流動(dòng)的凝膠狀態(tài)，然后在逐步進(jìn)行熱處理，最終獲得微晶玻璃。優(yōu)點(diǎn):其制備低溫遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法；同時(shí)可以避免某些組分揮發(fā)、侵蝕容器、減少污染；其組成完成可以按照原始配方和化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確獲得；獲得的材料較為均勻缺點(diǎn)：雖然低溫節(jié)能，但必要的起始物成本高；另外要得到?jīng)]有絮凝的均勻溶膠也是件困難的事；凝膠在燒結(jié)過(guò)程中有較大的收縮，制品易變形。

微晶玻璃的微結(jié)構(gòu)

球晶結(jié)構(gòu)

球晶體是一種常見(jiàn)的晶形，它是由中心輻射的纖維狀晶體構(gòu)成．在玻璃陶瓷中形成球晶體會(huì)影響其強(qiáng)度，但可通過(guò)控制晶化處理使球晶體長(zhǎng)大到肉眼可見(jiàn)的尺寸，尺寸達(dá)厘米級(jí)的材料經(jīng)過(guò)拋光后具有類似于花崗石的美麗外觀，即人造花崗石。對(duì)球晶體生長(zhǎng)機(jī)理的初步研究認(rèn)為，這類玻璃的分相為迷宮狀結(jié)構(gòu)，并含有尺寸為0.1～0.2μm的小液滴相，其化學(xué)組成的分相傾向要低于同類傳統(tǒng)的玻璃陶瓷，而晶體生長(zhǎng)活化能則高于后者(360～420kJ/mo1)。枝狀結(jié)構(gòu)

枝狀結(jié)構(gòu)是由于晶體沿某些晶面或晶格方向生長(zhǎng)而形成，它實(shí)質(zhì)上是種骨架結(jié)構(gòu)，有種光敏玻璃陶瓷中的二硅酸鋰晶體就屬于這種結(jié)構(gòu)二硅酸鋰晶體比玻璃基體易溶于氫氟酸中，利用這種特性可進(jìn)行酸刻蝕并制造成圖案尺寸精度高的電子器件。微晶玻璃的微結(jié)構(gòu)交織型結(jié)構(gòu)

交織型微觀結(jié)構(gòu)的形成有幾種不同的機(jī)理：一類是通過(guò)消耗介穩(wěn)相麗形成穩(wěn)定相，如堇青石型玻璃陶瓷中堇青石晶體是因消耗石英、藍(lán)寶石和尖晶石麗形成的，它從晶界處生長(zhǎng)，剩余的SiO2則再結(jié)晶為枝條狀方石英,它與金紅石一起大部分被堇青石包圍，形成海岸及島嶼型交織結(jié)構(gòu)；另一類是由于在材料內(nèi)密布紊亂的針狀或板狀晶體面形成交織結(jié)構(gòu)。針狀交織結(jié)構(gòu)的云母型玻璃陶瓷的斷裂韌性約為3.2MPa·m1/2，撓曲強(qiáng)度約為150MPa；板狀結(jié)構(gòu)的性能分別可達(dá)5MPa·m1/2和300MPa．著名的可切削玻璃陶瓷則是柔性的片狀金云母晶體形成的交織結(jié)構(gòu)。云母晶體的平面解理特性及晶體在材料整體內(nèi)的紊亂分布使裂紋得以撓曲或分枝麗不致擴(kuò)散，因此材料具有優(yōu)良的可加工性；云母晶體的相互交織將玻璃晶體分隔成許多封閉或半封閉的多面體。增加了堿金屬離子的遷移阻力，提高了材料的介電性能。微晶玻璃的性能良好的可加工性能線膨脹系數(shù)可調(diào)耐高溫強(qiáng)度高獨(dú)特的光學(xué)性能耐磨耐腐蝕優(yōu)異的抗熱震微晶玻璃

微晶玻璃比高炭鋼硬、比鋁輕；機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大6倍多；耐磨性不亞于鑄石；熱穩(wěn)定性好（加熱900℃驟然投入5℃冷水而不炸裂）；電絕緣性能與高頻瓷接近；化學(xué)穩(wěn)定性與硼硅酸玻璃相同，不怕酸堿侵蝕。可進(jìn)行車、刨、磨、鉆、鋸切和攻絲等加工。其加工性能類似于鑄鐵，可加工成各種形狀復(fù)雜，精度要求高的產(chǎn)品。

微晶玻璃的應(yīng)用

微晶玻璃集中了以上眾多優(yōu)良性能,所以決定它不僅適于代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和改善工作條件,而且開(kāi)辟了一個(gè)沒(méi)有替代材料可以滿足其技要求的全新領(lǐng)域,從而在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。微晶玻璃的應(yīng)用機(jī)械工業(yè)

微晶陶瓷具有良好的機(jī)械性能且能獲得極光滑的表面,適用于作軸承;利用其強(qiáng)度高、耐磨性好,可取代鋼材制造斜槽、球磨機(jī)內(nèi)襯以及研磨體;另外,還可制造特種切削工具、活塞頭、離合器、旋轉(zhuǎn)葉片等。電力電子工業(yè)

微晶陶瓷的膨脹系數(shù)可在很大范圍內(nèi)變化,能與金屬很好地焊接在一起;它的電性能優(yōu)良以及在高溫下尺寸穩(wěn)定,能用于制造各種類型的電路板、絕緣體、整流罩、電容器、濾波器和混頻器等?；瘜W(xué)工業(yè)

微晶陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性好、耐磨,被用于制造輸送腐蝕性液體的管道、閥門、泵等,還可用作反應(yīng)器、電解池及攪拌器的內(nèi)襯。微晶玻璃的應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)

具有梯度構(gòu)造的CaO-P2O5-Al2O3-B2O3系生物微晶陶瓷與天然牙齒有相近的色澤和外觀,可用于人工齒冠修復(fù);鐵鈣硅鐵磁體微晶陶瓷可將磁帶生熱所需的強(qiáng)磁性與良好的生物相容性結(jié)合,能滿足溫?zé)嶂伟┑囊?此外,微晶陶瓷在骨骼移植等方面也有報(bào)導(dǎo)。建筑裝飾

微晶陶瓷強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好,可廣泛用于建筑物的裝飾上,如用作內(nèi)外墻裝飾材料、高檔地面磚、屋頂材料等。微晶玻璃的重要應(yīng)用

建筑飾材超過(guò)天然石材的表面光澤度

：

天然花崗巖始終擺脫不掉拋光表面上布滿細(xì)碎裂紋的缺憾。而微晶玻璃表面可以拋光到與玻璃鏡面相媲美，達(dá)到名副其實(shí)的鏡面光澤，使建筑光澤明亮。富有現(xiàn)代氣派。不吸水、抗凍和抗?jié)B性優(yōu)異：

天然花崗巖裝修的外墻壁，經(jīng)長(zhǎng)年雨雪淋浸，會(huì)留下陰暗的色斑，原因?yàn)榛◢弾r有一定的吸水性。大理石即使是在室內(nèi)使用，也易出現(xiàn)水漬或色斑。而微晶玻璃因吸水率為零，表面干燥光亮，雨雪洗新表面而不易侵蝕，具有天雨自滌的特點(diǎn)。色調(diào)均勻：

采用天然石材裝修墻面、地面，難免色差不一，而微晶玻璃生產(chǎn)可以精確控制，易于獲得類似彩色玻璃那樣的顏色均勻性，使建筑物達(dá)到更完美的裝修效果。色澤柔和：

由于微晶玻璃中存在一定玻璃相，因此外觀晶瑩柔潤(rùn)，具有玉質(zhì)般的觀感。

微晶玻璃內(nèi)部所含有的微晶體對(duì)光有獨(dú)特的漫反射作用，使返回的光不但強(qiáng)度明顯加大，而且角度分布擴(kuò)寬，使建筑飾面色澤柔和典雅。此外它具有綠色、環(huán)保、無(wú)放射性污染。

其理化性能和裝飾效果遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材的理想代替產(chǎn)品，被認(rèn)為是21世紀(jì)理想的高級(jí)內(nèi)、外墻及地面裝飾材料。微晶玻璃的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向高力學(xué)性能的材料

玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能有很大影響，可用控制結(jié)構(gòu)來(lái)改善性能，如交織結(jié)構(gòu)可以提高強(qiáng)度和韌性；采用溫度梯度、熱擠壓“等方法使晶體定向生長(zhǎng)，也能大幅度提高力學(xué)性能，如以CaO-P2O5為基的玻璃陶瓷中析出定向微晶．其抗折強(qiáng)度可達(dá)650MPa，而且斷裂韌性也顯著提高；復(fù)合材料是提高玻璃陶瓷力學(xué)性能的又一有效途徑，可將具有不同于玻璃陶瓷基體力學(xué)性能的纖維、晶須或微粒與之復(fù)合，也可用金屬等其它材料與之復(fù)合．還可以將玻璃陶瓷的纖維或小球體復(fù)合到其它基體中，如用SiC晶須增強(qiáng)MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，其抗折強(qiáng)度與斷裂韌性分別為490MPa及3.7MPa·m1/2

，比未增強(qiáng)者提高兩倍左右．復(fù)合材料的力學(xué)性能可與Si3N4等結(jié)構(gòu)陶瓷媲美、甚至更優(yōu)，是一類頗有前途的新型結(jié)構(gòu)材料．耐高溫玻璃陶瓷

耐高溫玻璃陶瓷是隨著燒結(jié)法、溶膠一凝膠法等新工藝在玻璃陶瓷制各中的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)玻璃陶瓷中析出如莫來(lái)石、尖晶石、ZrO2、銫榴石等耐高溫的晶體且含量較高對(duì)，材料可以耐很高的溫度。如銫榴石玻璃陶瓷中，不僅析出了這種耐高溫微晶，還析出了一些莫來(lái)石晶體，而且其殘余玻璃相為晶體所包裹，所以這種材料在1420℃時(shí)的1012Pa。生物玻璃陶瓷

生物玻璃陶瓷的主要優(yōu)點(diǎn)是在玻璃中可引人CaO、P2O5

，通過(guò)熱處理可以析出磷灰石晶體，具有優(yōu)良的生物相容性與生物活化性，組成中的其它組分可析出其它類型的晶體，保證材料的化學(xué)穩(wěn)定性、可切削性等，比金屬、氧化鋁等材料更有前途．迄今已進(jìn)行許多臨床試驗(yàn)，有的長(zhǎng)達(dá)六年之久，而且都取得了可喜的成果。微晶玻璃的研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展方向有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題

改進(jìn)玻璃的組成及制品工藝。