玻璃陶瓷材料

通过对某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行受控核化、晶化而制得的一种含有玻璃体的多晶固相材料

玻璃陶瓷(glass—ceramic)又称微晶玻璃、微晶陶瓷，由著名的玻璃化学家和发明家S．D．Stookey于20世纪50年代中期发明，是通过对某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行受控核化、晶化而制得的一种含有玻璃体的多晶固相材料。玻璃陶瓷的性能主要是由主晶相来决定，主晶相可通过控制成核、晶化以及选择不同的母玻璃组分来实现。玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷的特点，在热学、化学、生物学、光学以及电学性能方面优于金属及聚合物。

简介

组成和显微结构是玻璃陶瓷成分设计的两个主要影响因素，主成分是成核的决定性因素，对于具有机械和光学性能的玻璃陶瓷来说，显微结构是更为关键的影响因素，与主成分和微晶相聚集情况有关，不同的热处理制度也会对显微结构产生重要影响。控制玻璃的析晶是形成玻璃陶瓷的前提条件．成核是控制结晶的决定性因素。母玻璃中晶体的形成通常经过两个阶段：①亚显微核形成阶段；②亚显微核生长阶段。以上两个阶段分别称为成核和晶体生长。成核受两方面因素影响：①选择化学组成适宜的母玻璃，通常添加一定的成核剂；②控制热处理制度，即加热温度及保温时间。

制备方法

熔融法

玻璃陶瓷的制备最早使用的是熔融法，现在仍然广泛使用。此种方法是将各种原料及添加剂混合均匀，于1100℃～1550℃高温下熔融，均化后将玻璃熔体成型，退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小、均匀且整体析晶的玻璃陶瓷。熔融法的最大特点是可以沿用任何一科·玻璃的成型方法，例如压制、压延、吹制、拉制及浇铸等。与通常的陶瓷成型工艺相比，此法适合制备形状复杂、尺寸精密的制品，便于机械化、自动化生产，所得玻璃陶瓷制品致密度高、组成均匀、无气孔。然而，此法的熔制温度高，所得玻璃陶瓷晶相的数量取决于基础玻璃的整体析晶能力和热处理制度。

烧结法

传统的熔融法制备玻璃陶瓷存在一定的局限性，例如玻璃熔制温度高、热处理时间长，而烧结法能够克服以上缺点。此法是将玻璃熔体水淬、磨细后得到玻璃粉末，筛分分级后将玻璃粉末制成生坯，再在一定温度下烧结，随炉冷却得到样品。烧结法的特点是基础玻璃的熔融温度比熔融法低，熔融时间短。由于玻璃粉末具有较高的比表面积，比熔融法所得的玻璃更易析晶，不必使用核化剂。另外，此法制备玻璃陶瓷无需经过玻璃形成阶段，所以适于极高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的玻璃陶瓷的制备。目前研究较多的是堇青石、顽辉石和锂铝硅系统的烧结玻璃陶瓷。

应用

机械上的应用

利用玻璃陶瓷耐高温、抗热震、热膨胀可调等力学和热学性能，可以制造出各种满足机械力学要求的材料。利用云母的可削性和定向取向性，可以制备出高强度的和可切削加工性能的玻璃陶瓷。玻璃陶瓷作为机械力学材料可广泛应用于活塞、旋转叶片及炊具，也可作为结构材料用于飞机、火箭、人造卫星。

光学上的应用

低膨胀和零膨胀玻璃陶瓷对温度变化不敏感，可在温度变化但要求尺寸稳定的领域得到应用，例如可用于望远镜和激光器的外壳。将低膨胀锂系玻璃陶瓷用于光纤接头，与氧化锆材料相比，在热膨胀系数和硬度方面与石英玻璃光纤更为匹配，易于精密加工，环境稳定性好。

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