玻璃陶瓷技术演变与特性解析

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　　【tyanjiu.com讯】早在18世纪，法国化学家鲁米汝尔（Reamur）就提出了用玻璃制备多晶材料的设想，并通过实验将玻璃转化成了多晶陶瓷，但他没有对制备玻璃陶瓷所必要的晶化过程进行控制，因而没有真正发现形成玻璃陶瓷的过程。

　　直到20世纪50年代，美国康宁公司经过大量的研究，实现了鲁米汝尔的设想，玻璃陶瓷最初（1953年）是由感光玻璃发展而来的，经过紫外线照射并在析晶温度下进行热处理，感光玻璃就变成了光敏玻璃陶瓷，后来（1957年），美国康宁公司发表了不经紫外线照射而通过调整热处理制度获得玻璃陶瓷的方法，所合成的玻璃陶瓷被称为热敏玻璃陶瓷。

　　玻璃陶瓷自1957年作为商品问世以来，到现在已有50多年的历史，玻璃陶瓷的发展大致可以划分为三个阶段，第一个阶段为20世纪50年代末至70年代中期，主要研究的是具有低膨胀系数的玻璃陶瓷，并获得了透明材料，其中最典型的是Li2O—Al2o3-sio2系玻璃陶瓷；第二个阶段是从20世纪70年代中期到80年代中期，开发了具有与金属类似的可加工性好、强度高与韧性好的可切削玻璃陶瓷，如片状氟金云母型玻璃陶瓷，其商品Macor已在航天飞机的部件、微波窗口、电真空等多方面获得应用。

　　第三个阶段是从20世纪80年代中期至今，多方面获得应用，在这一阶段，结构更为复杂与多相的玻璃陶瓷得到广泛的研究——特别是在生物材料、超导材料及核废料处理等方面，极大地扩展了玻璃陶瓷的应用领域，特别是20世纪90年代，对玻璃陶瓷制备技术的研究取得了令人瞩目的成就，开发了新的合成工艺，如溶胶一凝胶法和烧结法，玻璃陶瓷的出现，不论在玻璃制造工艺上或它的性能上都有了一个较大的突破，而且使玻璃陶瓷具备了既不同于玻璃，又不同于烧结陶瓷的特点。

　　玻璃陶瓷的特点：

　　1．玻璃陶瓷的特点与其他材料相比，玻璃陶瓷的主要特点表现在以下几个方面。

　　2．件能优良

　　熔融玻璃可以得到均匀的状态，而且析晶过程能够严格控制，因而可获得极细晶粒、没有孑L隙等缺陷的均匀结构，这种结构使得玻璃陶瓷比一般陶瓷、玻璃具有更好的强度、耐磨性、电绝缘性和硬度等。

　　3．尺寸稳定通常的陶瓷在干燥或烧成过程中会发生较大的体积收缩（40％～50％），这种尺寸的变化容易产生变形，而由玻璃转变为玻璃陶瓷时，发生的尺寸变化小且可控。

　　4．制备工艺简单玻璃陶瓷可利用整个玻璃制造工艺，形成各种形状复杂的制品。

　　5．性能可设计玻璃陶瓷组成范围广泛，其热处理过程可控制，因此，各种类型的晶体都可按照控制的比例产生出来，从而使玻璃陶瓷的性能可以通过对组成和结构的控制来设计，如玻璃陶瓷的膨胀系数可以从负值调整到正值。

　　6．可与金属焊接由于玻璃陶瓷是从玻璃熔制开始的，它在熔融状态下能够“润湿”别的材料，因此可用较简单的方法把它和金属结合到一起。

　　7．制造成本低制造玻璃陶瓷的原料非常广泛，特别是生产矿渣玻璃陶瓷时，可利用工业废料，有利于环境保护和可持续发展。

　　玻璃陶瓷的显微结构：

　　1、显微结构对玻璃陶瓷物理特性的影响显微结构在决定玻璃陶瓷的物理特性方面与主要成分一样重要，像强度和断裂韧性这样的力学性能对显微结构尤为敏感，晶粒尺寸为1～5,urn、且具有细晶互锁织构时通常使其具有最佳强度，各向异性的具有晶须补强作用的棒晶可以进一步提高强度；另一方面，从形成玻璃的缺陷中遗留下来的收缩气孔会使材料的强度大大降低，显微结构对光的散射有很大影响，通过简单地改变显微结构可使外观从完全透明变为完全不透明，显微结构也影响微晶玻璃的抗热震性，例如当裂纹沿着热膨胀系数相差很大的不同颗粒的边界进行扩展时，由于可通过晶内的解理面发生弯曲、钝化和分支，从而使得材料的抗热震性得到改善，无论是从物理还是化学机制考虑，可切削性都受到显微结构的影响。

　　2、玻璃陶瓷的显微结构

　　微晶玻璃的显微结构主要包括纳米微晶结构、多孔薄膜结构、海岸与岛屿结构、枝晶结构、残余结构、积木结构、卷心菜结构、针状交织结构和片状孪晶结构等。

　　3、纳米微晶结构

　　纳米晶体指晶粒尺寸低于lOOnm的晶体，尖晶石和口一石英固溶体玻璃陶瓷是典型的纳米微晶结构，由于晶粒尺寸远低于可见光波长，因此，这类玻璃陶瓷高度透明，可用来制造透明餐具和精密光学仪器等。

　　4、多孔薄膜结构

　　多孔薄膜显微结构类似于生物细胞结构，构成细胞的细胞膜起隔离其他细胞和保护胞内物质的作用，同样，多孑L薄膜结构是由玻璃体包裹住似细胞的晶体，玻璃基质很薄，并围绕着晶体，使其相互分离，并阻碍其扩散，所以起多孔膜的作用，1992年，BeallL43j研制出具有此结构的玻璃陶瓷，析出晶相为口一石英固溶体和p一黝辉石固溶体，由于卢一石英固溶体和p一黝辉石固溶体被硅质的玻璃所阻隔，因此，也阻碍了高黏度残余玻璃相的晶化，黏附于晶粒的黏稠玻璃相形成贯穿于整体的膜网络，硅质的玻璃阻碍口一黝辉石玻璃陶瓷中控制二次晶粒生长的铝离子的扩散。