微晶玻璃的制備

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。它具有玻璃和瓷的雙重特性，普通玻璃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，微晶玻璃比瓷的亮度高，比玻璃韌性強。但微晶玻璃不同于瓷和玻璃。微晶玻璃與瓷的不同之處是：玻璃微晶化過程中的晶相是從單一均勻玻璃相或已產生相分離的區(qū)域，通過成核和晶體生長而產生的致密材料；而瓷材料中的晶相，除了通過固相反應出現的重結晶或新晶相以外，大部分是在制備瓷時通過組分直接引入的。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0.1?0.55)和殘余玻璃組成的復相材料；而玻璃則是非晶態(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、微晶玻璃的分類通常按微晶化原理分為光敏微晶玻璃和熱敏微晶玻璃；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)；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)；按外觀分為透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；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。3.1、熔融法(整體析晶法)熔融后急冷，退火后在經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。熱處理制度的確定是微晶玻璃生產的關鍵技術。作為初步的近似估計，最佳成核溫度介于Tg和比它高50°C的溫度之間。晶化溫度上限應低于主晶相在一個適當的時間重熔的溫度。通常是25C?50C。微晶玻璃的理想熱處理制度見圖1。圖1微晶玻璃的理想熱處理制度常用的晶核劑有TiO,PO,ZrO,CaO,CaF,CrO、硫化物、氟化物。晶2252223核劑的選擇與基礎玻璃化學組成有關，也與期望析出的晶相種類有關。Stooky指出，良好的晶核劑應具備如下性能：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。晶核劑質點擴散的活化能要盡量小，使之在玻璃中易與擴散。晶核劑組分和初晶相之間的界面力愈小，它們之間的晶格參數之差愈小(。＜±15%)，成核愈容易。復合晶核劑可以起到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，便于生產形狀復雜的制品和機械化生產，但也存在一些問題有待于解決：熔制溫度過高，通常都在1400?1600C，能耗大。熱處理制度在現實生產中難于控制操縱。晶化溫度高，時間長，現實生產中難于實現。3.2、燒結法燒結法是使玻璃粉末產生顆粒粘結，然后經過物質遷移使粉末產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表面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：燒結玻璃的熔融溫度與熔融法相比較，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°C。玻璃粉末淬后，具有較高的比表面，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表面析晶，制得晶相含量較高的微晶玻璃。燒結法一般不用晶核劑。生產過程易于控制，很容易實現機械化、自動化生產，便于目前建筑瓷廠的轉型。產品質量好，成品率高，厚度及規(guī)格可變，能夠生產大尺寸制品。燒結法制備的微晶玻璃主要集中在CaO—PO—SiO2—F，CaO—AlO—SiO—RO—25…2322ZnO，LiO—AlO，MgO—AlO—SiO—PbO—BO—ZnO等。223232233.3、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體，經過水解形成凝膠，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，材料的均勻性可以達到納米甚至分子級水平。4、微晶玻璃的應用機械工程技術領域a、機械軸承：表面光潔度高.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、在電子計算機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、光學領域a、用作激器元件b、用作巨型天文望遠鏡的鏡坯、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B.Porher，Amucha報道，用PVD法把A12O3-SiO2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、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熱處理析晶制得含有3-BaB0微晶薄膜層的透明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，試樣表面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TiO2(PO4)3-0.9Ca3(P04)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)療保健產品中的應用，利用載有銀離子以LiTi2(P04)3為骨架的磷酸鹽多孔微晶玻璃的抗菌劑方面的應用，利用氧化鋯增韌的CaO-A12O3-SiO2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