微晶玻璃的制備

1、微晶玻璃的制備一、文獻綜述1、微晶玻璃的概念微晶玻璃又叫微晶玉石或陶瓷玻璃，是綜合玻璃，學名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我們常見的玻璃看起來大不相同。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，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。但微晶玻璃不同于陶瓷和 玻璃。微晶玻璃與陶瓷的不同之處是：玻璃微晶化過程中的晶相是從單一均勻玻璃 相或已產(chǎn)生相別離的區(qū)域，通過成核和晶體生長而產(chǎn)生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通過固相反應出現(xiàn)的重結晶或新品相以外，大部分是在制備陶瓷時通過組分

2、直接引入的。微晶玻璃與玻璃的不同之處在于微晶玻 璃是微晶體尺寸為0.10.5 mni和殘余玻璃組成的復相材料；而玻璃則是非 品態(tài)或無定形體。另外微晶玻璃可以是透明的或呈各種花紋和顏色的非透明體，而玻璃一般是各種顏色、透光率各異的透明體。2、微晶玻璃的分類1通常按微晶化原理分為光敏微晶玻璃和熱敏微晶玻璃；2按基礎玻璃的組成分為硅酸鹽系統(tǒng)、鋁硅酸鹽系統(tǒng)、硼硅酸鹽系統(tǒng)、硼 酸鹽和磷酸鹽系統(tǒng)；3按所用原料分為技術微晶玻璃用一般的玻璃原料和礦渣微晶玻璃用 工礦業(yè)廢渣等為原料；4按外觀分為透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；5按性能又可分為耐高溫、耐腐蝕、耐熱沖擊、高強度、低膨脹、零膨脹、 低介電損耗、易機械加

3、工以及易化學蝕刻等微晶玻璃以及壓電微晶玻璃、 生物微 晶玻璃等6晶玻璃的組成在很大程度上決定其結構和性能。按照化學組成微晶玻璃主要分為四類：硅酸鹽微晶玻璃，鋁硅酸鹽微晶玻璃，氟硅酸鹽微晶玻璃，磷酸 鹽微晶玻璃。3、微晶玻璃的制備方法微晶玻璃的制備方法根據(jù)其所用原材料的種類、特性、對材料的性能要求而 變化，主要的有熔融法、燒結法、溶膠一凝膠法、二次成型工藝、強韌化技術等。、熔融法整體析晶法熔融后急冷，退火后在經(jīng)一定的熱處理制度進行成核和晶化以獲得晶粒細小、含量多、結構均勻的微晶玻璃制品。熱處理制度確實定是微晶玻璃生產(chǎn)的關 鍵技術。作為初步的近似估計，最正確成核溫度介于 Tg和比它高50c的溫度之

4、 間。晶化溫度上限應低于主品相在一個適當?shù)臅r間內(nèi)重熔的溫度。通常是25C50 C。微晶玻璃的理想熱處理制度見圖 1。常用的晶核劑有 TiO2, P2Q, ZrO2, CaQ CaF2, CmQ、硫化物、氟化物。晶 核劑的選擇與基礎玻璃化學組成有關，也與期望析出的品相種類有關。Stooky指出，良好的晶核劑應具備如下性能：(1)在玻璃熔融成形溫度下，應具有良好的溶解性，在熱處理時應具有較小 的溶解性，并能降低成核的活化能。(2)晶核劑質(zhì)點擴散的活化能要盡量小，使之在玻璃中易與擴散。(3)晶核劑組分和初品相之間的界面張力愈小，它們之間的品格參數(shù)之差 愈小(615%),成核愈容易。復合晶核劑可以起到

5、比單一晶核劑更好核化效果， 它主要是起到雙堿效應。熔融法制備微晶玻璃可采用任何一種玻璃的成形方法，如：壓制、澆注、吹 制、拉制，便于生產(chǎn)形狀復雜的制品和機械化生產(chǎn)， 但也存在一些問題有待于解(1)熔制溫度過高，通常都在14001600C,能耗大。(2)熱處理制度在現(xiàn)實生產(chǎn)中難于控制操縱。(3)晶化溫度高，時間長，現(xiàn)實生產(chǎn)中難于實現(xiàn)。燒結法燒結法是使玻璃粉末產(chǎn)生顆粒粘結，然后經(jīng)過物質(zhì)遷移使粉末產(chǎn)生強度并導 致致密化和再結晶的過程，燒結的推動力是粉狀物料的外表能大于多晶燒結體的 晶界能。燒結法制備微晶玻璃的工藝流程如下： 配料一熔制一水淬一粉碎一過篩一成形一燒結一加工優(yōu)點是：(1)燒結玻璃的熔融溫

6、度與熔融法相比較，熔融時間短，溫度低，這易于使需要高溫才能熔融的玻璃制備微晶玻璃，如用ZrO2增韌的堇青石型微晶玻璃熔制溫度高達1650 Co(2)玻璃粉末淬后，具有較高的比外表，比熔融法更易晶化，即使基礎玻璃 整體析晶能力很差也可以通過外表析晶，制得晶相含量較高的微晶玻璃。(3)燒結法一般不用晶核劑。(4)生產(chǎn)過程易于控制，很容易實現(xiàn)機械化、自動化生產(chǎn)，便于目前建筑陶 瓷廠的轉型。(5)產(chǎn)品質(zhì)量好，成品率高，厚度及規(guī)格可變，能夠生產(chǎn)大尺寸制品。燒結法制備的微晶玻璃主要集中在CaO-P2QSiO2F, CaO-AI2QSiO2RO-ZnQ Li 2Al2C3, MgO-AlzQSiO2PbO-

7、B2QZn%。溶膠一凝膠法溶膠一凝膠法是低溫合成材料的一種新工藝，其原理是將金屬有機或無機化 合物作為先驅(qū)體，經(jīng)過水解形成凝膠，再在較低溫度下燒結，得到微晶玻璃。與 熔融法和燒結法不同，溶膠一凝膠法在材料制備的初期就進行控制，材料的均勻性可以到達納米甚至分子級水平。4、微晶玻璃的應用1機械工程技術領域a、機械軸承：外表光潔度高.b、用于強腐蝕性氣體、液體的軸承、閥門及管道c、用作熱交換器的孔圓盤2電力工程及電子技術領域a、用作高頻絕緣及高壓絕緣套管材料b、在電子技術領域中制作預制電路，包括“多層電路板”c、在電子電腦中制作高精密的硅片元件(擴散性)d、高頻介電材料e、光電材料3、光學領域a、用

8、作激器元件b、用作巨型天文望遠鏡的鏡坯(4)、其它：航天飛機天線外罩1、機械力學材料上的應用利用微晶玻璃耐高溫、抗熱震、熱膨脹性可調(diào)等力學和熱學性能，制造出各 種滿足機械力學要求的材料。 據(jù)B. Porher, Amuch a報道，用P VD法把 A 1 2 O 3 - S i O 2系微晶玻 璃涂層蒸鍍到汽車金屬軸承上，可提高軸承的耐磨 性、外表光滑性和散熱性。利用云母的可切削性和定向取向性制備出高強和可切 削加工的微晶玻璃。作為機械力學材料的微晶玻璃廣泛應用于活塞、旋轉葉片、 吹具的制造上，同時也用在飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星的結構材料上。2、光學材料上的應用近幾年，出現(xiàn)了用鋰系微晶玻璃材料

9、制造光纖接頭，它與 傳統(tǒng)使用氧化培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、另微晶玻璃玻璃中經(jīng)熱處理析晶制得含有B- B aB 2O 4微晶薄膜層的透明陶瓷有望成為一種有前途的新型非線形光學材料。用 金、銀作核化劑的微晶玻璃具有光學敏感性， 可起到“顯影”作用。同時在燈泡、 透紅外儀器上得到廣泛應用。3、電子與微電子材料上的應用用溶膠一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、航空領域有廣泛的應用前景。極性微晶玻璃是一種新型的功能材料，含有定向生長 的非鐵電體極性晶體具有壓

10、電性能和熱釋電性能，在水聲、超聲等領域有廣闊的應用前景。4、生物醫(yī)學材料上的應用據(jù)報道鈣鐵硅鐵磁體微晶玻璃試樣在模擬體液中浸泡后，試樣外表的硅膠層 上生成了能與人體組織良好結合的碳酸羥基磷灰石， 具有良好的生物活性和強磁 性能，起到人體骨骼和溫熱治癌作用。以T1O2 PO4 3 0. 9Ca3 ：PO4 2為基礎的磷酸鹽多孔微晶玻璃具有抗菌作用和具有生物梯度的生物 微晶玻璃材料。以云母為主晶相的微晶玻璃已成功地應用于脊骨和牙齒的替代 物，另有報道，利用抗熱沖擊微晶玻璃的紅外輻射，在醫(yī)療保健產(chǎn)品中的應用， 利用載有銀離子以L1T12:PO4 3為骨架的磷酸鹽多孔微晶玻璃的抗菌劑方面的應用，利用氧化培增韌的CaO A1 203 S 102系微晶玻璃有 望作為一種新型的牙科材料進一步研究。 另外，1977年Sch