微晶玻璃

不吸水、抗冻和抗渗性优异： 天然花岗岩装修的外墙壁，经长年雨雪淋浸， 会留下阴暗的色斑，原因为花岗岩有一定的吸水性。大理石即使是在室内 使用，也易出现水渍或色斑。而微晶玻璃因吸水率为零，表面干燥光亮， 雨雪洗新表面而不易侵蚀，具有天雨自涤的特点。
色调均匀： 采用天然石材装修墙面、地面，难免色差不一，而微晶玻璃生 产可以精确控制，易于获得类似彩色玻璃那样的颜色均匀性，使建筑物达 到更完美的装修效果。
线膨胀 系数可 调
• 热稳定性好（加热900℃骤然投入5℃ 耐磨
冷水而性能与高频瓷接近；
• 化学稳定性与硼硅酸玻璃相同，不怕酸 碱侵蚀。
优异 的抗 热震
• 可进行车、刨、磨 、钻、锯切和攻丝 等加工。其加工性能类似于铸铁，可加 工成各种形状复杂，精度要求高的产品
微晶 玻璃
良好的 可加工 性能
➢ 耐高温玻璃陶瓷
耐高温玻璃陶瓷是随着烧结法、溶胶一凝胶法等新工艺在玻璃陶瓷 制备中的应用而发展起来的。当玻璃陶瓷中析出如莫来石、尖晶石、 铯榴石等耐高温的晶体且含量较高时，材料可以耐很高的温度。如铯 榴石玻璃陶瓷中，不仅析出了这种耐高温微晶，还析出了一些莫来石 晶体，而且其残余玻璃相为晶体所包裹，所以这种材料在1420℃时的 压强为1012Pa。
➢ 溶胶－凝胶法：
首先将某些金属有机盐作为原料，使其均匀地溶解在乙醇中，并以醋酸作 为催化剂，在规定的温度下恒温加热，随时间变化，一部分溶剂挥发后，有 机金属盐不断水解并缩聚，溶液的浓度和黏度不断增大，并形成一种不可流 动的凝胶状态，然后在逐步进行热处理，最终获得微晶玻璃。
• 优点:其制备低温远低于传统方法；同时可以避免某些组分挥发、侵蚀容器、
枝状结构是由于晶体沿某些晶面或晶格方向生长而形成，它实质上是 种骨架结构，有种光敏玻璃陶瓷中的二硅酸锂晶体就属于这种结构。二硅 酸锂晶体比玻璃基体易溶于氢氟酸中，利用这种特性可进行酸刻蚀并制造 成图案尺寸精度高的电子器件。
微晶玻璃的性能
• 微晶玻璃比高炭钢硬、比铝轻；
• 机械强度比普通玻璃大6倍多； • 耐磨性不亚于铸石；
因此，如何提高功能晶体的晶化率和使材料尽可能为单一相或含最 少杂相是该类材料研究中的重要问题。
微晶玻璃的研究动态和发展方向
➢ 改进玻璃的组成及制品工艺。改进组成和传统工艺，降低熔制温度，避免高 温熔制和成形所造成的困难，因为目前微晶玻璃的熔制温度太高，最高的要 达到1650℃。
➢ 拓宽研究范围。研究范围从高硅区拓宽到中硅区，以期开拓新的应用领域
➢ 建筑装饰
微晶陶瓷强度高、化学稳定性好,可广泛用于建筑物的装 饰上,如用作内外墙装饰材料、高档地面砖、屋顶材料等。
微晶玻璃的应用
➢ 航天工业
利用其强度与比重之比高,质轻且具有优良的热 学性能,可用作飞机、火箭和人造地球卫星的结构材 料。如高速飞机的机翼前缘,喷气式发动机喷嘴,主 晶相为堇青石。
耐高温 强度高
独特的 光学性 能
微晶玻璃的应用
➢ 机械工业
微晶陶瓷具有良好的机械性能且能获得极光滑的表面,适用于作轴承; 利用其强度高、耐磨性好,可取代钢材制造斜槽、球磨机内衬以及研磨体; 另外,还可制造特种切削工具、活塞头、离合器、旋转叶片等。
➢ 电力电子工业
微晶陶瓷的膨胀系数可在很大范围内变化,能与金属很好地焊接在一 起;它的电性能优良以及在高温下尺寸稳定,能用于制造各种类型的电路板、 绝缘体、整流罩、电容器、滤波器和混频器等。
➢ 化学工业
微晶陶瓷的化学稳定性好、耐磨,被用于制造输送腐蚀性液体的管道、 阀门,还可用作反应器、电解池及搅拌器的内衬。
微晶玻璃的应用
➢ 生物医学
具 有 梯 度 构 造 的 CaO-P2O5-Al2O3-B2O3 系 生 物 微 晶 陶瓷与天然牙齿有相近的色泽和外观,可用于人工齿冠修复; 铁钙硅铁磁体微晶陶瓷可将磁带生热所需的强磁性与良好的 生物相容性结合,能满足温热治癌的要求;此外,微晶陶瓷在 骨骼移植等方面也有应用。
➢ 建立成分、结构设计与性能预测（专家系统）。因为缺少组分对原始玻璃整 体析晶作用的关系参数，而不能定量地有预见地发展微晶玻璃的新品种。
➢ 扩大“增韧性”研究。增加制品的塑性，便于各类成形加工，进一步扩大应 用范围。
谢 谢！
➢ 其它应用
在核工业中,微晶陶瓷可用于制造反应控制棒、 反应堆用密封剂、核废料储存材料;多孔微晶陶瓷可 应用于过滤器、催化载体和气体传感器等方面。
微晶玻璃的重要应用 建筑饰材
超过天然石材的表面光泽度 ： 天然花岗岩始终摆脱不掉抛光表面上布满细 碎裂纹的缺憾。而微晶玻璃表面可以抛光到与玻璃镜面相媲美，达到名副 其实的镜面光泽，使建筑光泽明亮。富有现代气派。
色泽柔和： 由于微晶玻璃中存在一定玻璃相，因此外观晶莹柔润，具有玉 质般的观感。 微晶玻璃内部所含有的微晶体对光有独特的漫反射作用，使 返回的光不但强度明显加大，而且角度分布扩宽，使建筑饰面色泽柔和典 雅。此外它具有绿色、环保、无放射性污染。
其理化性能和装饰效果远优于天然石材，是理想的代替产品，被认为是 21世纪理想的高级内、外墙及地面装饰材料。
微晶玻璃的概述
意外的发现： 50年代初，美国康宁玻璃公司化学家斯托凯受命开发新
型含微量银的感光玻璃。斯托凯用自动控制温度的电炉进 行热处理试验。斯托凯出去了炉内温度早已升到900℃，斯 托凯非常懊恼。意外的事情发生了：玻璃没有熔融，还是 直挺挺地躺在炉内，但已面目全非，样子有点像不透明的 瓷砖，用钳子夹起来不是软绵绵的而是硬邦邦的，敲打起 来还会发出像金属那样的声音。
➢ 它近似于硬化后不脆不碎的凝胶，是一种新的透明或不透 明的无机材料，即所谓的结晶玻璃、玻璃陶瓷或高温陶瓷。
微晶玻璃的分类
微晶玻璃 的分类
• 耐高温、耐热冲击、 高硬耐磨、高强度等
• 低膨胀、低介电损失、 压电性、生物性等
微晶玻璃的制备工艺
➢ 制备工艺可分为：烧结法、压延法、浇铸法和溶胶－凝胶法。
在显微镜下观察到：这块玻璃中析出了大量的微小晶体， 这就是后来大名鼎鼎的微晶玻璃。
微晶玻璃的概述
性能的改变：
➢ 当玻璃中充满微小晶体后（每立方厘米约十亿晶粒），玻 璃固有的性质发生变化，即由非晶形变为具有金属内部晶 体结构的玻璃结晶材料。其内微晶体的大小一般可从10 纳米到几微米, 晶体数量可高达50%～90%。 因此,微晶玻 璃具有高机械强度、低电导性、良好的可加工性、耐化学 腐蚀等优良性能。
机械功能材料-微晶玻璃
主要内容：
微晶玻璃的概述 微晶玻璃的分类和制备工艺 微晶玻璃的结构、性能和应用 微晶玻璃的研究动态和发展方向
微晶玻璃的概述
➢ 微晶玻璃：
微晶玻璃又称微晶玉石或陶瓷玻璃，具有玻璃和 陶瓷的双重特性，是新型微晶材料的一种。它是通 过基础玻璃或其它材料在加热过程中进行控制晶化 而得到的一种含有大量微晶体和玻璃体的复合固体 材料。更具体说, 它是在高达1500℃高温条件下, 从含特殊成份的玻璃液中析出的特殊晶相，及硅灰 石晶体和玻璃相结合的致密整体结晶材料。
➢ 新型功能玻璃陶瓷
这类材料是随着新技术、高科技的需求而发展的。它运用了可用玻 璃工艺成形及通过受控晶化析出所需晶体的特性制备具有压电、铁电、 半导、电光、非线形等各种特性的材料。现在研究的一些主要功能材 料有透红外玻璃陶瓷、铁电与铁磁性玻璃陶瓷，此外还有用于电子器 件及其封接的玻璃陶瓷，用作催化剂载体与传感器的多孔掺杂玻璃陶 瓷等．但是功能晶体析出量不够时，材料虽具有某功能特性，但性能 指标差，不能赋予实用。
微晶玻璃的研究动态和发展方向
➢ 高力学性能的材料
玻璃陶瓷的微观结构对其力学性能有很大影响，可用控制结构来改 善性能，如交织结构可以提高强度和韧性；采用温度梯度、热挤压 等 方法使晶体定向生长，也能大幅度提高力学性能，如以CaO-P2O5为基 的玻璃陶瓷中析出定向微晶．其抗折强度可达650MPa，而且断裂韧性 也显著提高；复合材料是提高玻璃陶瓷力学性能的又一有效途径，可将 具有不同于玻璃陶瓷基体力学性能的纤维、晶须或微粒与之复合，也可 用金属等其它材料与之复合．还可以将玻璃陶瓷的纤维或小球体复合到 其它基体中，如用SiC晶须增强MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，其抗折 强度与断裂韧性分别为490MPa及3.7MPa·m1/2 ，比未增强者提高两倍左 右．复合材料的力学性能可与Si3N4等结构陶瓷媲美、甚至更优，是一类 颇有前途的新型结构材料．
减少污染；其组成完成可以按照原始配方和化学计量准确获得；获得的材料 较为均匀
• 缺点：虽然低温节能，但必要的起始物成本高；另外要得到没有絮凝的均
匀溶胶也是件困难的事；凝胶在烧结过程中有较大的收缩，制品易变形。
微晶玻璃的微结构
➢ 微观结构：球晶结构，枝状结构，细晶粒结构，交织型结构
➢ 球晶结构
球晶体是一种常见的晶形，它是由中心辐射的纤维状晶体构成．在玻 璃陶瓷中形成球晶体会影响其强度，但可通过控制晶化处理使球晶体长大 到肉眼可见的尺寸，尺寸达厘米级的材料经过抛光后具有类似于花岗石的 美丽外观，即人造花岗石。对球晶体生长机理的初步研究认为，这类玻璃 的分相为迷宫状结构，并含有尺寸为0.1～0.2μm的小液滴相，其化学组成 的分相要低于同类传统的玻璃陶瓷，而晶体生长活化能则高于传统玻璃陶 瓷(360～ 420kJ/mo1)。 ➢ 枝状结构
➢ 生物玻璃陶瓷
生物玻璃陶瓷的主要优点是在玻璃中可引人CaO、 P2O5 ，通过热 处理可以析出磷灰石晶体，具有优良的生物相容性与生物活化性，组 成中的其它组分可析出其它类型的晶体，保证材料的化学稳定性、可 切削性等，比金属、氧化铝等材料更有前途．迄今已进行许多临床试 验，有的长达六年之久，而且都取得了可喜的成果 。