微晶玻璃簡(jiǎn)述

1、微晶玻璃簡(jiǎn)要概述劉帥聰（無(wú)機(jī)非金屬材料工程1301班,湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院 湖南 衡陽(yáng) 421002） 摘要微晶玻璃是通過(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。由于其機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹性可調(diào)、抗熱震性好、耐化學(xué)腐蝕、介電損耗低、電絕緣性好等優(yōu)越的綜合性能，已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 微晶玻璃 特點(diǎn) 制備工藝 應(yīng)用發(fā)展Brief Introduction of Glass - CeramicsShuai Cong Liu （Inorganic Nonmetallic Materials Engineering1301clas

2、s，Hunan Institute of Technology Department of Material and Chemical Engineering Hunan Hengyang 421002）Abstract：Crystalline glass is a composite solid material containing a large amount of microcrystals and vitreous bodies obtained by controlling crystallization during the heating process by the base

3、 glass or other materials. Because of its high mechanical strength, adjustable thermal expansion, good thermal shock resistance, chemical resistance, low dielectric loss, good electrical insulation properties such as superior performance, has been widely used in many fields.Key words： glass - cerami

4、cs, characteristics, preparation technology, application development1 引言微晶玻璃又名玻璃陶瓷，它是指將加有形核劑（個(gè)別可不加）的特定組成的基礎(chǔ)玻璃，通過(guò)控制結(jié)晶變成具有一種或多種微晶體和殘余玻璃相的復(fù)合材料，即在非晶態(tài)的玻璃內(nèi)均勻分布著大量（體積百分比約占95%98%）的隨機(jī)取向的微小陶瓷晶體（通常小于10m）。其機(jī)械強(qiáng)度高，絕緣性能優(yōu)良，介電損耗少，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，使用溫度高的良好性能。微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于天石材和陶瓷，可用于建筑幕墻及

5、室內(nèi)高檔裝飾，還可做機(jī)械上的結(jié)構(gòu)材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料、微波爐耐熱列器皿、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等等。是具有發(fā)展前途的21世紀(jì)的新型材料。2 微晶玻璃的分類(lèi)微晶玻璃的分類(lèi)方法很多。從外觀(guān)可分為透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按微晶化原理可分為光敏微晶玻璃和熱敏微晶玻璃；按照性能可分為耐高溫、耐熱沖擊、高強(qiáng)度、耐磨、易機(jī)械加工、低膨脹、低介電損耗、強(qiáng)磁性和生物相容等微晶玻璃；按基礎(chǔ)玻璃組成可分為硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼酸鹽及磷酸鹽等微晶玻璃?！?】 3 微晶玻璃的特點(diǎn)微晶玻璃采用不同于陶瓷的制造工藝，與普通玻璃相近，但特性與陶瓷卻迥然不同。因?yàn)楫?dāng)玻璃中充滿(mǎn)微小晶體

6、后（每立方厘米約十億晶粒），玻璃固有的性質(zhì)產(chǎn)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。微晶玻璃比高炭鋼硬、比鋁輕，機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃高6倍多，耐磨性不亞于鑄石，熱穩(wěn)定性良好（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。 微晶玻璃板色彩豐富而均勻，無(wú)色差，光澤柔和晶瑩，外觀(guān)酷似天然石材，而機(jī)械性能1、化學(xué)穩(wěn)定性、耐久性和表面光潔度等方面都超過(guò)花崗石。1、 豐富的色澤和良好的質(zhì)感通過(guò)工藝控制可以生產(chǎn)出各種色彩、色調(diào)和圖案的微晶玻璃蝕面材料。其表面經(jīng)過(guò)不同的加工處理又可產(chǎn)生不同的質(zhì)感效果。拋光微晶玻璃的表面光潔度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于天然石

7、材，其光澤亮麗，使建筑物豪華和氣派。而毛光和亞光微晶玻璃可使建筑平添自然厚實(shí)的莊重感，所以微晶玻璃可以在色澤和質(zhì)感上能很好地滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者的要求。 2、 色調(diào)均勻 天然花崗石難以避免明顯的色差，這是其固有的缺陷。而微晶玻璃易于實(shí)現(xiàn)顏色均勻，達(dá)到更輝煌的裝飾效果。尤其是高雅的純白色微晶玻璃，更是天然石材所望塵莫及的。3、 永不浸濕、抗污染 凡由天然石材裝修的墻面，經(jīng)過(guò)雨雪浸淋都會(huì)留下濕紋，而且一連數(shù)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間都無(wú)法恢復(fù)原狀。這種缺陷是因?yàn)樘烊皇挠幸欢ǖ奈?，?dǎo)致其滲水、滲堿，甚至滲泥漿，從而影響其原有色澤甚至產(chǎn)生污染和浸濕石材表面。而微晶玻璃則具有玻璃不吸水的天然特性，所以不易污染，其豪華外

8、觀(guān)不但不受任何雨雪的侵害，反而還借此“天雨自滌”的機(jī)會(huì)而備增光輝，能全天候地永葆高檔建筑的堂皇。由于易于清潔，從建筑物的維護(hù)和保養(yǎng)方面考慮，可以大大降低維護(hù)成本【2】。 4、 優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性 微晶玻璃是無(wú)機(jī)材料經(jīng)高溫精制而成，其結(jié)構(gòu)均勻細(xì)密，比天然石材更堅(jiān)硬、耐磨、耐酸堿等，即使暴露于風(fēng)雨及被污染的空氣中也不會(huì)變質(zhì)、褪色。 5、 高度的破裂安全性 仿石材的微晶玻璃有多種。某公司生產(chǎn)的一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)像花崗石那樣的顆粒狀組織的微晶玻璃，即便強(qiáng)力沖擊引起破裂，其破裂規(guī)律也和花崗石一樣，只形成三岔裂紋，裂口遲鈍不傷手。而一般的玻璃或其它仿石材微晶玻璃，則會(huì)出現(xiàn)蛛網(wǎng)粉碎狀，成為不安全因素。 6

9、、 高度環(huán)保性能 微晶玻璃不含任何放射性物質(zhì)，確保了環(huán)境無(wú)放射性污染。盡管拋光微晶玻璃功能達(dá)到近似于玻璃的表面光潔度，但光線(xiàn)不論從任何角度照射，都可形成自然柔和的質(zhì)感，毫無(wú)光污染。 7、規(guī)格齊全，易加工成型 根據(jù)需要可以生產(chǎn)各種規(guī)格、厚度的平板和弧形板、由于微晶玻璃可用加熱方式加工成型，所以其弧形板加工簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。 微晶玻璃的生產(chǎn)工藝，除具有上述微晶化溫度低和晶化速度快的特點(diǎn)外，還具有質(zhì)地細(xì)膩，加工光澤度高，不風(fēng)化，不吸水，可加工成曲面的特點(diǎn)。微晶玻璃的外觀(guān)可與瑪瑙、玉石、雞血石等名貴石材相近，裝飾效果良好。4 微晶玻璃的制備工藝微晶玻璃的制備方法根據(jù)其所用原材料的種類(lèi)、特性、對(duì)材料的性能要求

10、而變化，主要有熔融法、燒結(jié)法、溶膠凝膠法、二次成型工藝、強(qiáng)韌化技術(shù)等。4.1 熔融法微晶玻璃最早采用的制備方法就是熔制法，直到今天熔制法仍是制備微晶玻璃的主要方法。熔制法的主要工藝過(guò)程為：將一定量的晶核劑加入到玻璃原料中，充分混合均勻制成玻璃配合料，于15001600高溫下熔制，均化后將玻璃成型，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)均勻的微晶玻璃制品。熔融法可采用技術(shù)成熟的玻璃成型工藝來(lái)制備復(fù)雜形狀的制品，便于機(jī)械化生產(chǎn)。由玻璃坯體制備的微晶玻璃在尺寸上變化不大，組成均勻，不存在氣孔?？障兜忍沾芍谐Ｒ?jiàn)的缺陷，因而微晶玻璃不僅性能優(yōu)良且具有比陶瓷更高的可靠性。4.2 燒結(jié)法燒

11、結(jié)法是使玻璃粉末產(chǎn)生顆粒粘結(jié),然后經(jīng)過(guò)物質(zhì)遷移使粉末產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密化和再結(jié)晶的過(guò)程,燒結(jié)的推動(dòng)力是粉狀物料的表面能大于多晶燒結(jié)體的晶界能。燒結(jié)微晶玻璃是將玻璃顆粒通過(guò)受控?zé)Y(jié)、結(jié)晶制得。與普通陶瓷燒結(jié)不同的是,燒結(jié)微晶玻璃是將玻璃顆粒進(jìn)行燒結(jié)，在加熱、燒結(jié)過(guò)程中,玻璃本身還發(fā)生成核析晶現(xiàn)象。析晶有利于提高燒結(jié)體的強(qiáng)度和美化外觀(guān)裝飾效果，但同時(shí)也增加玻璃的粘度,阻礙粘性流動(dòng)，甚至使燒結(jié)難于進(jìn)行。因此,燒結(jié)法生產(chǎn)微晶玻璃要求基礎(chǔ)玻璃在較低的粘度下具有一定的析晶能力，并且其表面析晶速度不宜太大。其目的是為了使燒結(jié)時(shí)的致密化和晶化過(guò)程發(fā)生在不同的溫度區(qū)域，以減少析晶對(duì)致密化的干擾。在微晶玻璃的燒結(jié)

12、和結(jié)晶過(guò)程中，控制適當(dāng)?shù)谋砻嫖鼍俾适谦@得低氣孔率微晶玻璃的關(guān)鍵。燒結(jié)法制備微晶玻璃的工藝流程如下：配料熔制水淬粉碎過(guò)篩成型燒結(jié)加工優(yōu)點(diǎn)是：(1)基礎(chǔ)玻璃的熔制溫度與熔融法相比較，熔融溫度低且時(shí)間短，因此該法適于需要高溫才能熔融的玻璃制備微晶玻璃。 (2)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，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。(3)生產(chǎn)過(guò)程易于控制,很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)，便于目前建筑陶瓷廠(chǎng)的轉(zhuǎn)型。(4)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。其缺點(diǎn)是：(1)在實(shí)際生產(chǎn)中，由于晶相和玻璃相結(jié)構(gòu)的不同，在經(jīng)過(guò)高溫處理后的冷

13、卻過(guò)程中，不可避免的會(huì)在微晶玻璃制品中產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力的存在，將會(huì)給產(chǎn)品帶來(lái)一定的缺陷。(2)由于燒結(jié)法是疏松顆粒燒結(jié)，堆積密度小，且這種材料是熱的不良導(dǎo)體，造成表面和內(nèi)部溫差大，往往造成表面先封閉，內(nèi)部氣孔難以排除，燒結(jié)變形大，表面呈致密化深度淺(2mm左右)，這嚴(yán)重影響其外觀(guān)質(zhì)量和成品率。模具從室溫加熱到1200總會(huì)有或多或少的變形，這些都嚴(yán)重影響該行業(yè)的發(fā)展。(3)燒結(jié)法制備的微晶玻璃材料存在一定的氣孔，對(duì)其性能帶來(lái)很不利的影響，也大大降低了產(chǎn)品的成品率【3】。4.3 溶膠一凝膠法溶膠-凝膠技術(shù)是低溫合成材料的一種新工藝，其原理是將金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物作為先驅(qū)體，經(jīng)過(guò)水解形成凝膠，再在

14、較低溫度下燒結(jié),得到微晶玻璃。同熔融法和燒結(jié)法不同，溶膠-凝膠法在材料制備的初期就進(jìn)行控制，材料的均勻性可以達(dá)到納米甚至分子級(jí)水平。該方法的好處是：(1)其制備溫度遠(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；(2)其組成完全可以按照原始配方和化學(xué)計(jì)量準(zhǔn)確獲得，(3)在分子水平上直接獲得均勻的材料；(4)可擴(kuò)展組成范圍,制備傳統(tǒng)方法不能制備的材料。溶膠-凝膠法的缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高，環(huán)境污染大。另外，凝膠在燒結(jié)過(guò)程中有較大的收縮,制品容易變形【4】。5 微晶玻璃的應(yīng)用微晶玻璃具有很多優(yōu)異的性能，如：機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹性可調(diào)、抗熱震性好、耐化學(xué)腐蝕、低的介電損耗、電絕緣性好等

15、優(yōu)越的綜合性能；使得這種材料不僅具有較好經(jīng)濟(jì)效益，而且有希望代替更具傳統(tǒng)性的材料。目前已在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。5.1 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(mǎn)足機(jī)械力學(xué)要求的材料。據(jù)B. Porher , Amucha 報(bào)道，用PVD法把Al2O3SiO2 系微晶玻璃涂層蒸鍍到汽車(chē)金屬軸承上，可提高軸承的耐磨性、表面光滑性和散熱性。利用云母的可切削性和定向取向性制備出高強(qiáng)和可切削加工的微晶玻璃。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。5.2 光學(xué)材料上的應(yīng)用低膨脹和零

16、膨脹微晶玻璃對(duì)溫度變化特別不敏感，使其可在隨溫度改變而要求尺寸穩(wěn)定的領(lǐng)域得到應(yīng)用，例如在望遠(yuǎn)鏡和激光器的外殼中的應(yīng)用。近幾年，出現(xiàn)了用鋰系微晶玻璃材料制造光纖接頭，它比傳統(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?xún)?yōu)良。用金、銀作核化劑的微晶玻璃具有光學(xué)敏感性，可起到“顯影”作用【5】。同時(shí)在燈泡、透紅外儀器上得到廣泛應(yīng)用。5.3 電子與微電子材料上的應(yīng)用微晶玻璃的膨脹系數(shù)能從負(fù)膨脹、零膨脹，直到具有100 ×10 - 7/ 以上的熱膨脹系數(shù)，使得它能夠與很多材料膨脹特性相匹配，可以制得各種微晶玻璃基板、電容器及應(yīng)用于高頻電路中的薄膜電路和

17、厚膜電路，如MgOAl2O3SiO2 系堇青石基微晶玻璃已應(yīng)用于電子材料和航空領(lǐng)域。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【6】。極性微晶玻璃是一種新型的功能材料，含有定向生長(zhǎng)的非鐵電體極性晶體具有壓電性能和熱釋電性能，在水聲、超聲等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。5.4 生物醫(yī)學(xué)材料上的應(yīng)用據(jù)報(bào)道鈣鐵硅鐵磁體微晶玻璃試樣在模擬體液中浸泡后，試樣表面的硅膠層上生成了能與人體組織良好結(jié)合的碳酸羥基磷灰石，具有良好的生物活性和強(qiáng)磁性能，起到人體骨骼和溫?zé)嶂伟┳饔?。以TiO2 (PO4) 30.

18、 9Ca3 (PO4) 2為基礎(chǔ)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(yīng)用于脊骨和牙齒的替代物，另有報(bào)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(yīng)用，利用載有銀離子以L(fǎng)iTi2(PO4)3為骨架的磷酸鹽多孔微晶玻璃的抗菌劑方面的應(yīng)用，利用氧化鋯增韌的CaOAl2O3SiO2系微晶玻璃有望作為一種新型的牙科材料進(jìn)一步研究。5.5 化學(xué)化工材料上的應(yīng)用微晶玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性好，幾乎不被腐蝕的特性廣泛地應(yīng)用于化工上。如：Na2OAlO2O3SiO2系霞石微晶玻璃隨酸溶液的變化存在一個(gè)極值區(qū)域，當(dāng)堿溶液濃度較大時(shí)，失重幾乎與濃度變化

19、無(wú)關(guān)。在控制污染和新能源應(yīng)用領(lǐng)域也找到了用途，如微晶玻璃用于噴射式燃燒器中消除汽車(chē)尾氣中的碳?xì)浠衔?；在硫化鈉電池中作密封劑；在輸送腐蝕性液體中作管道和槽等。5.6 建筑材料上的應(yīng)用建筑微晶玻璃作為新型綠色裝飾材料，在世界上成為最具有發(fā)展前景的建筑裝飾材料。廣泛應(yīng)用于大型建筑和知名重點(diǎn)工程，其裝飾效果和理化性能均優(yōu)于玻璃、瓷磚、花崗石和大理石板材；莫氏硬度615710，抗彎強(qiáng)度5060MPa，抗壓強(qiáng)度>500MPa，體積密度21652170，吸水率0，耐酸耐堿性、抗凍性耐污染性能優(yōu)異，無(wú)放射性污染，鏡面效果良好。微晶玻璃具有高的強(qiáng)度，封閉氣孔，低的吸水性和熱導(dǎo)性，質(zhì)輕可作為結(jié)構(gòu)材料、熱絕

20、緣材料【7】。5.7 其它材料上的應(yīng)用泡沫微晶玻璃作為結(jié)構(gòu)材料、熱絕緣材料和纖維復(fù)合增韌微晶玻璃都得到了廣泛研究和應(yīng)用。核工業(yè)方面，微晶玻璃被用于制造原子反應(yīng)堆控制棒上的材料、反應(yīng)堆密封劑、核廢料存儲(chǔ)材料等方面。另外，1977年Scharch. KE 和Ash2bee.KHG發(fā)現(xiàn)云母微晶玻璃有記憶效果，開(kāi)辟了微晶玻璃在記憶材料領(lǐng)域的應(yīng)用。6 微晶玻璃的發(fā)展前景微晶玻璃作為一類(lèi)重要的無(wú)機(jī)非金屬材料,其某些獨(dú)特性能是其它材料不可比擬的。近年來(lái),微晶玻璃在組成、核化、晶化、工藝與應(yīng)用開(kāi)發(fā)等方面都取得了重大進(jìn)展,并有一批材料商品化,但與它具有的一些優(yōu)異性能相比,其應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)規(guī)模還是很小的。微晶玻璃作為一種可選擇的裝飾材料,從短期來(lái)看,它仍無(wú)法與天然石材的自然屬性相比。而天然石材具有資源的有限性,從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,存在微晶玻璃部分替代天然石材的可能性。由于微晶玻璃產(chǎn)品成本較高,導(dǎo)致市場(chǎng)價(jià)格偏高,加之市場(chǎng)對(duì)這種新產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)度偏低。因而,將大大制約其使用和發(fā)展。目前,微晶玻璃的應(yīng)用主要局限于公共建設(shè)