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1、微晶玻璃及其应用,张长鑫,微晶玻璃,微晶玻璃的概述,微晶玻璃的分类和制造工艺,微晶玻璃的结构性能,微晶玻璃的应用,1,2,3,4,微晶玻璃简介： 微晶玻璃又称为陶瓷玻璃，具有陶瓷和玻璃的的双重性能，是新型材料的一种。它是通过基础材料或其他玻璃在加热工程中通过控制晶化而得到的一种含有微晶体和玻璃体的新型复合固体材料。更具体地说，它是在1500下从特殊液中析出的玻璃晶相及硅灰石晶体和玻璃相结合致密晶体材料。通过它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比
2、玻璃韧性强。,在1952年的一天，康宁玻璃厂（CorningGlassWorks）化学家唐斯图基（DonStookey）将一块光敏玻璃的样本放到火炉中，将温度设定在600摄氏度。在加热过程中的某个时刻，一名控制员犯了错误，将温度提升到900摄氏度。斯图基原本以为这块玻璃将会熔化，火炉也将被烧毁；但当他打开炉门时却奇怪地发现，这块锂硅酸盐玻璃已经变成了一块奶白色的薄板。当他试图拿出这块薄板的时候，由于钳子未能夹紧的缘故，导致这块玻璃样本滑落在地，但却没有摔碎，而是弹了起来。斯图基后来入选了美国国家发明家名人堂（NationalInventorsHallofFame），但在当时他并不知道自己偶然间
3、发明了第一块有机微晶玻璃，这种材料随后被康宁命名为“微晶玻璃”,发现过程：,性能：当玻璃中种充满微小晶体后，玻璃的性质即可发生变化，机既有非晶形变转变为具有金属内部晶体结构的玻璃结晶材料，其内微晶体的大小可达到几纳米到几微米，晶体数量可到50-90.因此微晶玻璃具有高机械强度，低导电性，良好的可加工性能，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好。它近似于一种硬化后不硬不碎的凝胶，是一种新的透明或半透明的无机材料。,耐高温，耐热冲击，耐高强度低膨胀，低介电损失，压电性，生物性,微晶玻璃的制备工艺可分为：烧结法，压延法，浇铸法和溶胶凝胶法烧结法的制备流程为；,压延法的
4、工艺流程：,优点：产品致密度高，无气孔，抗折强度大，制造工艺连续，可全线自动化生产。缺点：析晶难以控制，整体析晶时间长，成品率低，成本高。,浇铸法工艺流程：,优点：可浇铸成异形性，对生产一些异形板有很大优势，产品致密度高，无气孔，抗压强度大。缺点：对模具质量要求高，模具损耗大，生产成本高。,溶胶凝胶法： 将金属有机盐作为原料，溶解到乙醇中，并以醋酸为催化剂；在恒温下加热，一段时间后，随部分溶剂挥发，有积金属盐不断水解并缩聚，溶液的浓度和粘度不断增大，并形成一种不可流动的凝胶状态，然后再逐步进行热处理，最后获得微晶玻璃。优点：其制备低温远低于传统方法，同时可以避免一些组分挥发，减少污染。其组成完
5、全可以按照传统配方和化学计量准确获得。缺点：凝胶在烧结过程中有很大的收缩，易变形。,微晶玻璃的显微结构：微晶玻璃的显微结构主要由组成和热处理工艺所决定,对于微晶玻璃的物理特性如机械强度、断裂韧性、透光性、抗热震性等有很大影响。微晶玻璃的显微结构主要有枝晶结构、超细颗粒、多孔膜、残余结构、积木结构、柱状互锁结构、孤岛结构、片状孪晶等。枝晶结构是由晶体在某一晶格方向上加速生长造成的。枝晶的总轮廓与通常晶体形貌相似，在枝晶结构中保留了很高比例的残余玻璃相。枝晶在三维方向上连续贯通，形成骨架。由于氢氟酸对亚硅酸锂的侵蚀速度要比铝硅酸盐玻璃相更快，亚硅酸锂枝晶有容易被银感光成核，可将复杂的图案转移到微晶
6、玻璃上。,高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在几十纳米以内，得到超细颗粒结构。在锂铝硅透明微晶玻璃中，由于充分核话，基础玻璃中形成大量的钛酸锆晶核，-石英固溶体晶相在晶核上外延生长，形成平均晶粒尺寸约60nm均匀的超细颗粒结构。由于晶粒尺寸远小于可见光波长，并且-石英固溶体的双折射率较低，该微晶玻璃透光率很高。类硅酸盐矿物在二维方向上结晶能够产生一种互锁的积木结构，是可切削微晶玻璃的典型显微结构。由于云母晶相较软，而且能使切削工具尖端引起的裂纹钝化、偏转和分支而产生碎片剥落，不会产生灾难性破坏，因此即使晶相体积分数仅40%也具有良好的可切削性，此外，云母相的连续性也使此类微晶玻璃具有很高的电阻
7、率和介电强度。,在许多微晶玻璃中，残余玻璃相可以形成多孔膜结构。以-锂辉石固溶体为主晶相的锂铝硅不透明微晶玻璃中，残余玻璃相中SiO2含量较高，黏度较大，因而能够阻碍铝离子膜网络。因此，锂铝硅微晶玻璃在高温下具有非常好的颗粒稳定性，可以在1200的高温下长时间使用。所谓残余结构式指微晶玻璃如实地保留了基础玻璃中原有的结构。微晶玻璃成核的第一步往往是液-液分相，形成液滴。如在二元铝硅玻璃中，从高硅基质中分离出组成类似于莫来石的高铝液滴。热处理时，高铝液滴晶化成为莫来石微晶体，其外形继承了母体液滴的球形外貌。由于微晶体尺寸很小，只有几十纳米，尽管莫来石与硅质玻璃之间的折射率相差较大，对可见光的散射
8、很小，是一种透明微晶玻璃。,1：机械力学材料上的应用利用微晶玻璃耐高温、抗热震、热膨胀性可调等力学和热学性能，制造出各种满足机械力学要求的材料。作为机械力学材料的微晶玻璃广泛应用于活塞、旋转叶片、吹具的制造上，同时也用在飞机、火箭、人造地球卫星的结构材料上。2:光学材料上的应用近几年，出现了用锂系微晶玻璃材料制造光纤接头，它与传统使用氧化锆材料相比热膨胀系数和硬度与石英玻璃光纤更为匹配，更易于高精度加工，环境稳定性优良。,微晶玻璃的应用,3；电子与微电子材料上的应用用溶胶凝胶法制取的铁电微晶玻璃介电常数随温度的增加而减少然后再增加，并且其居里点具有明显的弥散特征的云母微晶玻璃在电子、精密部件、航空领域有广泛的应用前景。极性微晶玻璃是一种新型的功能材料，含有定向生长的非铁电体极性晶体具有压电性能和热释电性能，在水声、超声等领域有广阔的应用前景生物医学材料上有广泛应用。4：据报道钙铁硅铁磁体微晶玻璃试样在模拟体液中浸泡后，试样表面的硅胶层上生成了能与人体组织良好结合的碳酸羟基磷灰石，具有良好的生物活性和强磁性能，起到人体骨骼和温热治癌作用。,