微晶陶瓷完整版本

10.4微晶陶瓷10.4.1概述10.4.2微晶陶瓷的分類(lèi)10.4.3微晶陶瓷的制造工藝10.4.4

微晶陶瓷的性能、用途及前景10.4.1概述十八世紀(jì)法國(guó)化學(xué)家魯米汝?duì)栐O(shè)想用玻璃制備多晶材料，直到二十世紀(jì)五十年代才由美國(guó)康寧公司實(shí)現(xiàn)。由于微晶陶瓷材料具有優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等性能，且簡(jiǎn)單的制備工藝技術(shù)、廉價(jià)的原材料和低的制造成本，以及能工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，不失為一種高性能低價(jià)位、應(yīng)用市場(chǎng)廣闊的新型陶瓷材料，已成為新型陶瓷材料開(kāi)發(fā)應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。微晶陶瓷(微晶玻璃)是將加有特定成核劑組成的基礎(chǔ)玻璃,在一定溫度下熱處理后,就變成具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料。低膨脹微晶陶瓷主要有Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)和MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)。最近也有Cu2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶陶瓷的報(bào)道。其具有低膨脹特性是因?yàn)樗鼈兡軌蛟诨A(chǔ)玻璃中分別析出β-鋰輝石或鋰霞石和堇青石晶體。10.4.2微晶陶瓷的分類(lèi)微晶陶瓷的種類(lèi)繁多，如按照功能相不同進(jìn)行分類(lèi)，主要有以下七類(lèi)。10.4.2.1金屬單質(zhì)微晶陶瓷傳統(tǒng)的是光敏微晶陶瓷，如用溶膠-凝膠法將金屬單質(zhì)Au、Ag等在SiO2玻璃中均勻析出形成的具有復(fù)相結(jié)構(gòu)的材料，卻具有獨(dú)特的光學(xué)性能和半導(dǎo)體特性。10.4.2.2氧化物半導(dǎo)體微晶陶瓷以氧化物半導(dǎo)體如FeO、ZnO等過(guò)渡金屬氧化物與玻璃形成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，通常具有良好的電性能。

10.4.2.3化合物半導(dǎo)體微晶陶瓷以CdS，Zn1-xCdxS等II-IV族化合物，以及AlP等III-V族化合物半導(dǎo)體與玻璃復(fù)合形成的一類(lèi)新型精細(xì)復(fù)合功能材料。

10.4.2.4鐵電微晶陶瓷早在上世紀(jì)六十年代，人們就采用熔融工藝研究鐵電微晶陶瓷，主要包括PbTiO3、BaTiO3、NaNbO3等體系。這些材料具有良好的介電頻率和介電溫度特性。10.4.2.5鐵磁微晶陶瓷該類(lèi)由BiFeO3、MnFe2O4、ZnFe2O4等鐵磁相和玻璃相復(fù)合制備而成。對(duì)鐵磁性微晶陶瓷傳統(tǒng)工藝已有廣泛的研究，鐵磁微晶陶瓷材料在磁光控制、吸波材料、微波器件等具有重要的應(yīng)用價(jià)值。10.4.2.6生物微晶陶瓷將有生物活性的功能晶相(如羥基磷灰石等)與玻璃相復(fù)合；或?qū)⑸锩概c玻璃相復(fù)合形成生物復(fù)相微晶陶瓷，使無(wú)機(jī)界與生物界聯(lián)系起來(lái)，開(kāi)辟了一個(gè)全新的新材料領(lǐng)域。

10.4.2.7光學(xué)微晶陶瓷將光變色晶相與玻璃復(fù)合形成的光致變色微晶陶瓷，甚至將光變色染料、激光染料等有機(jī)功能相與玻璃相復(fù)合，形成性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。10.4.3微晶陶瓷的制造工藝10.4.3.1微晶陶瓷的制備微晶陶瓷是由玻璃通過(guò)一定熱處理后得到的，微晶玻璃的性能與玻璃的組成有很大關(guān)系，為了保證其晶體的析出，常引入一定晶核劑。（P261表10.7）熔融法最早的微晶陶瓷是用熔融法制備的，至今熔融法仍然是制備微晶陶瓷的主要方法。其工藝流程為：在原料中加入一定量的晶核劑并混合均勻，于1300～1500℃高溫下熔制，均化后將玻璃熔體成型，經(jīng)退火后在一定溫度下進(jìn)行核化和晶化，以獲得晶粒細(xì)小且結(jié)構(gòu)均勻的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特點(diǎn)是可沿用任何一種玻璃的成型方法，如壓延、壓制、吹制、拉制、澆注等；與通常的陶瓷成型工藝相比，適合自動(dòng)化操作和制備形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品。燒結(jié)法燒結(jié)法制備微晶陶瓷的工藝流程如下為：配料→熔制→水淬→粉碎→過(guò)篩→成型→燒結(jié)→加工。燒結(jié)法制備微晶陶瓷不需要通過(guò)玻璃形成階段，因此適于高溫熔制的玻璃以及難以形成玻璃的微晶陶瓷的制備，如高溫微晶陶瓷材料等。用該法制備的微晶陶瓷中可存在含量較高的氧化鋯、莫來(lái)石、尖晶石等耐高溫晶相。如將MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃粉碎后與方鎂石混合燒結(jié)，形成莫來(lái)石質(zhì)微晶陶瓷，耐溫高達(dá)1250℃。此外，燒結(jié)法還有一個(gè)顯著的特點(diǎn)，即玻璃經(jīng)過(guò)水淬后，顆粒細(xì)小，比表面積增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有時(shí)可以不使用晶核劑，也可以制備出性能良好的微晶陶瓷材料。溶膠-凝膠法最早是用來(lái)制備玻璃的，但近十多年來(lái)，一直是玻璃與陶瓷等先進(jìn)材料制備技術(shù)的研究熱點(diǎn)。溶膠-凝膠法的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)可以得到均質(zhì)高純材料；(2)可防止某些組分揮發(fā)并減少污染；(3)其制備溫度比傳統(tǒng)方法低得多；(4)可擴(kuò)展組成范圍，制備傳統(tǒng)方法無(wú)法制備的材料，如不能形成玻璃的系統(tǒng)和具有高液相組成的微晶陶瓷。用溶膠-凝膠法制備的微晶陶瓷主要為具有高溫、高強(qiáng)、高韌性以及其它特殊性能的高新技術(shù)材料。10.4.3.2玻璃熔制及成型低膨脹微晶陶瓷一般熔點(diǎn)較高，因此其熔制溫度高達(dá)1500~1600℃。玻璃的熔制的過(guò)程可以采用池窯或坩堝窯。前兩系（Li和Mg）可采用中性或氧化性氣氛，但Cu系必須采用還原性氣氛，否則會(huì)因?yàn)樯蒀uO而失去低膨脹性。成型方法：同一般普通玻璃的成型方法一致，如吹制、壓制、拉制、壓延、離心澆注等。注意：其過(guò)程中為了防止析出晶體，必須高速成型。10.4.3.3結(jié)晶化前加工對(duì)微晶陶瓷的熱加工和冷加工盡可能都在結(jié)晶化之前完成。因?yàn)檫@時(shí)的玻璃硬度小，軟化溫度低，加工容易。10.4.3.4結(jié)晶化熱處理熱處理是微晶陶瓷產(chǎn)生預(yù)定晶相和玻璃相的關(guān)鍵工序，微晶陶瓷的結(jié)構(gòu)取決于熱處理的溫度制度。熱處理時(shí)，玻璃中先后發(fā)生分相、晶核形成、晶體長(zhǎng)大、二次結(jié)晶生長(zhǎng)等過(guò)程。低膨脹微晶陶瓷的熱處理制度一般是分兩個(gè)階段進(jìn)行：10.4.4

微晶陶瓷的性能、用途及前景10.4.4.1性能與用途微晶陶瓷集中了多種優(yōu)良性能，如機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨耐腐蝕、抗氧化性好、電學(xué)性質(zhì)優(yōu)良、膨脹系數(shù)可調(diào)、熱穩(wěn)定性好等，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術(shù)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。詳細(xì)見(jiàn)下表：領(lǐng)域性能運(yùn)用航天工業(yè)強(qiáng)度高，質(zhì)輕及優(yōu)良的熱學(xué)性能用作飛機(jī)、人造地球衛(wèi)星等的結(jié)構(gòu)材料，如高速飛機(jī)的機(jī)翼前緣、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴。建筑裝飾強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好微晶陶瓷?；u，在機(jī)械強(qiáng)度、不吸污、光澤度、耐化學(xué)試劑侵蝕、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)和熱穩(wěn)定性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通陶瓷磚。機(jī)械工業(yè)良好的機(jī)械性能且能獲得極光滑的表面用作軸承，利用其強(qiáng)度高、耐磨性好的特點(diǎn)，可取代鋼材制造斜槽、球磨機(jī)內(nèi)襯以及研磨體。電力電子工業(yè)膨脹系數(shù)可在很大范圍內(nèi)變化用于制造各種類(lèi)型的絕緣體、電路板、整流罩、電容器、濾波器和混頻器等。

化工領(lǐng)域化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨

用于制造輸送腐蝕性液體的管道、閥門(mén)、泵等，還可用作反應(yīng)器、電解池及攪拌器的內(nèi)襯。同時(shí)在核工業(yè)中也有較廣泛的應(yīng)用。生物醫(yī)學(xué)某些梯度構(gòu)造系微晶陶瓷與牙齒有相近的外觀。用于人工齒冠修復(fù)，在骨骼移植等方面已得到了應(yīng)用。10.4.4.2玻璃陶瓷的發(fā)展前景

10.4.4.2.1耐高溫微晶陶瓷

耐高溫玻璃陶瓷是隨著燒結(jié)法、溶膠-凝膠法等新工藝在玻璃陶瓷制備中的應(yīng)用而發(fā)展起來(lái)的新材料。當(dāng)玻璃陶瓷中析出如莫來(lái)石、尖晶石、銫榴石等耐高溫的晶體且含量較高時(shí)，材料可以耐很高的溫度。10.4.4.2.2高力學(xué)性能的材料

微晶陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其力學(xué)性能有很大影響，