微晶玻璃简述

1、微晶玻璃简要概述刘帅聪（无机非金属材料工程1301班,湖南工学院材料与化学工程学院 湖南 衡阳 421002） 摘要微晶玻璃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中含有大量微晶体和玻璃体的复合固体材料。由于其机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、介电损耗低、电绝缘性好等优越的综合性能，已在许多领域得到广泛的应用。关键词 微晶玻璃 特点 制备工艺 应用发展Brief Introduction of Glass - CeramicsShuai Cong Liu （Inorganic Nonmetallic Materials Engineering1301clas

2、s，Hunan Institute of Technology Department of Material and Chemical Engineering Hunan Hengyang 421002）Abstract：Crystalline glass is a composite solid material containing a large amount of microcrystals and vitreous bodies obtained by controlling crystallization during the heating process by the base

3、 glass or other materials. Because of its high mechanical strength, adjustable thermal expansion, good thermal shock resistance, chemical resistance, low dielectric loss, good electrical insulation properties such as superior performance, has been widely used in many fields.Key words： glass - cerami

4、cs, characteristics, preparation technology, application development1 引言微晶玻璃又名玻璃陶瓷，它是指将加有形核剂（个别可不加）的特定组成的基础玻璃，通过控制结晶变成具有一种或多种微晶体和残余玻璃相的复合材料，即在非晶态的玻璃内均匀分布着大量（体积百分比约占95%98%）的随机取向的微小陶瓷晶体（通常小于10m）。其机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，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，使用温度高的良好性能。微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及

5、室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。2 微晶玻璃的分类微晶玻璃的分类方法很多。从外观可分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按照性能可分为耐高温、耐热冲击、高强度、耐磨、易机械加工、低膨胀、低介电损耗、强磁性和生物相容等微晶玻璃；按基础玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐等微晶玻璃。【1】 3 微晶玻璃的特点微晶玻璃采用不同于陶瓷的制造工艺，与普通玻璃相近，但特性与陶瓷却迥然不同。因为当玻璃中充满微小晶体

6、后（每立方厘米约十亿晶粒），玻璃固有的性质产生变化，即由非晶形变为具有金属内部晶体结构的玻璃结晶材料。微晶玻璃比高炭钢硬、比铝轻，机械强度比普通玻璃高6倍多，耐磨性不亚于铸石，热稳定性良好（加热900骤然投入5冷水而不炸裂），电绝缘性能与高频瓷接近，化学稳定性与硼硅酸玻璃相同，不怕酸碱侵蚀。 微晶玻璃板色彩丰富而均匀，无色差，光泽柔和晶莹，外观酷似天然石材，而机械性能1、化学稳定性、耐久性和表面光洁度等方面都超过花岗石。1、 丰富的色泽和良好的质感通过工艺控制可以生产出各种色彩、色调和图案的微晶玻璃蚀面材料。其表面经过不同的加工处理又可产生不同的质感效果。抛光微晶玻璃的表面光洁度远远高于天然石

7、材，其光泽亮丽，使建筑物豪华和气派。而毛光和亚光微晶玻璃可使建筑平添自然厚实的庄重感，所以微晶玻璃可以在色泽和质感上能很好地满足设计者的要求。 2、 色调均匀 天然花岗石难以避免明显的色差，这是其固有的缺陷。而微晶玻璃易于实现颜色均匀，达到更辉煌的装饰效果。尤其是高雅的纯白色微晶玻璃，更是天然石材所望尘莫及的。3、 永不浸湿、抗污染 凡由天然石材装修的墙面，经过雨雪浸淋都会留下湿纹，而且一连数月甚至更长时间都无法恢复原状。这种缺陷是因为天然石材有一定的吸水性，导致其渗水、渗碱，甚至渗泥浆，从而影响其原有色泽甚至产生污染和浸湿石材表面。而微晶玻璃则具有玻璃不吸水的天然特性，所以不易污染，其豪华外

8、观不但不受任何雨雪的侵害，反而还借此“天雨自涤”的机会而备增光辉，能全天候地永葆高档建筑的堂皇。由于易于清洁，从建筑物的维护和保养方面考虑，可以大大降低维护成本【2】。 4、 优良的机械性能和化学稳定性 微晶玻璃是无机材料经高温精制而成，其结构均匀细密，比天然石材更坚硬、耐磨、耐酸碱等，即使暴露于风雨及被污染的空气中也不会变质、褪色。 5、 高度的破裂安全性 仿石材的微晶玻璃有多种。某公司生产的一种内部结构像花岗石那样的颗粒状组织的微晶玻璃，即便强力冲击引起破裂，其破裂规律也和花岗石一样，只形成三岔裂纹，裂口迟钝不伤手。而一般的玻璃或其它仿石材微晶玻璃，则会出现蛛网粉碎状，成为不安全因素。 6

9、、 高度环保性能 微晶玻璃不含任何放射性物质，确保了环境无放射性污染。尽管抛光微晶玻璃功能达到近似于玻璃的表面光洁度，但光线不论从任何角度照射，都可形成自然柔和的质感，毫无光污染。 7、规格齐全，易加工成型 根据需要可以生产各种规格、厚度的平板和弧形板、由于微晶玻璃可用加热方式加工成型，所以其弧形板加工简单、经济。 微晶玻璃的生产工艺，除具有上述微晶化温度低和晶化速度快的特点外，还具有质地细腻，加工光泽度高，不风化，不吸水，可加工成曲面的特点。微晶玻璃的外观可与玛瑙、玉石、鸡血石等名贵石材相近，装饰效果良好。4 微晶玻璃的制备工艺微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求

10、而变化，主要有熔融法、烧结法、溶胶凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。4.1 熔融法微晶玻璃最早采用的制备方法就是熔制法，直到今天熔制法仍是制备微晶玻璃的主要方法。熔制法的主要工艺过程为：将一定量的晶核剂加入到玻璃原料中，充分混合均匀制成玻璃配合料，于15001600高温下熔制，均化后将玻璃成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶玻璃制品。熔融法可采用技术成熟的玻璃成型工艺来制备复杂形状的制品，便于机械化生产。由玻璃坯体制备的微晶玻璃在尺寸上变化不大，组成均匀，不存在气孔。空隙等陶瓷中常见的缺陷，因而微晶玻璃不仅性能优良且具有比陶瓷更高的可靠性。4.2 烧结法烧

11、结法是使玻璃粉末产生颗粒粘结,然后经过物质迁移使粉末产生强度并导致致密化和再结晶的过程,烧结的推动力是粉状物料的表面能大于多晶烧结体的晶界能。烧结微晶玻璃是将玻璃颗粒通过受控烧结、结晶制得。与普通陶瓷烧结不同的是,烧结微晶玻璃是将玻璃颗粒进行烧结，在加热、烧结过程中,玻璃本身还发生成核析晶现象。析晶有利于提高烧结体的强度和美化外观装饰效果，但同时也增加玻璃的粘度,阻碍粘性流动，甚至使烧结难于进行。因此,烧结法生产微晶玻璃要求基础玻璃在较低的粘度下具有一定的析晶能力，并且其表面析晶速度不宜太大。其目的是为了使烧结时的致密化和晶化过程发生在不同的温度区域，以减少析晶对致密化的干扰。在微晶玻璃的烧结

12、和结晶过程中，控制适当的表面析晶速率是获得低气孔率微晶玻璃的关键。烧结法制备微晶玻璃的工艺流程如下：配料熔制水淬粉碎过筛成型烧结加工优点是：(1)基础玻璃的熔制温度与熔融法相比较，熔融温度低且时间短，因此该法适于需要高温才能熔融的玻璃制备微晶玻璃。 (2)烧结法还有一个显著的特点，即玻璃经过水淬后，颗粒细小，表面积增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有时可以不使用晶核剂。(3)生产过程易于控制,很容易实现机械化、自动化生产，便于目前建筑陶瓷厂的转型。(4)产品质量好,成品率高，厚度及规格可变，能够生产大尺寸制品。其缺点是：(1)在实际生产中，由于晶相和玻璃相结构的不同，在经过高温处理后的冷

13、却过程中，不可避免的会在微晶玻璃制品中产生应力，这种应力的存在，将会给产品带来一定的缺陷。(2)由于烧结法是疏松颗粒烧结，堆积密度小，且这种材料是热的不良导体，造成表面和内部温差大，往往造成表面先封闭，内部气孔难以排除，烧结变形大，表面呈致密化深度浅(2mm左右)，这严重影响其外观质量和成品率。模具从室温加热到1200总会有或多或少的变形，这些都严重影响该行业的发展。(3)烧结法制备的微晶玻璃材料存在一定的气孔，对其性能带来很不利的影响，也大大降低了产品的成品率【3】。4.3 溶胶一凝胶法溶胶-凝胶技术是低温合成材料的一种新工艺，其原理是将金属有机或无机化合物作为先驱体，经过水解形成凝胶，再在

14、较低温度下烧结,得到微晶玻璃。同熔融法和烧结法不同，溶胶-凝胶法在材料制备的初期就进行控制，材料的均匀性可以达到纳米甚至分子级水平。该方法的好处是：(1)其制备温度远低于传统方法,同时可以避免某些组分挥发、侵蚀容器、减少污染；(2)其组成完全可以按照原始配方和化学计量准确获得，(3)在分子水平上直接获得均匀的材料；(4)可扩展组成范围,制备传统方法不能制备的材料。溶胶-凝胶法的缺点是生产周期长，成本高，环境污染大。另外，凝胶在烧结过程中有较大的收缩,制品容易变形【4】。5 微晶玻璃的应用微晶玻璃具有很多优异的性能，如：机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、低的介电损耗、电绝缘性好等

15、优越的综合性能；使得这种材料不仅具有较好经济效益，而且有希望代替更具传统性的材料。目前已在许多领域得到广泛的应用。5.1 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。据B. Porher , Amucha 报道，用PVD法把Al2O3SiO2 系微晶玻璃涂层蒸镀到汽车金属轴承上，可提高轴承的耐磨性、表面光滑性和散热性。利用云母的可切削性和定向取向性制备出高强和可切削加工的微晶玻璃。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。5.2 光学材料上的应用低膨胀和零

16、膨胀微晶玻璃对温度变化特别不敏感，使其可在随温度改变而要求尺寸稳定的领域得到应用，例如在望远镜和激光器的外壳中的应用。近几年，出现了用锂系微晶玻璃材料制造光纤接头，它比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。用金、银作核化剂的微晶玻璃具有光学敏感性，可起到“显影”作用【5】。同时在灯泡、透红外仪器上得到广泛应用。5.3 电子与微电子材料上的应用微晶玻璃的膨胀系数能从负膨胀、零膨胀，直到具有100 ×10 - 7/ 以上的热膨胀系数，使得它能够与很多材料膨胀特性相匹配，可以制得各种微晶玻璃基板、电容器及应用于高频电路中的薄膜电路和

17、厚膜电路，如MgOAl2O3SiO2 系堇青石基微晶玻璃已应用于电子材料和航空领域。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【6】。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。5.4 生物医学材料上的应用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。以TiO2 (PO4) 30.

18、 9Ca3 (PO4) 2为基础的磷酸盐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。以云母为主晶相的微晶玻璃已成功地应用于脊骨和牙齿的替代物，另有报道，利用抗热冲击微晶玻璃的红外辐射，在医疗保健产品中的应用，利用载有银离子以LiTi2(PO4)3为骨架的磷酸盐多孔微晶玻璃的抗菌剂方面的应用，利用氧化锆增韧的CaOAl2O3SiO2系微晶玻璃有望作为一种新型的牙科材料进一步研究。5.5 化学化工材料上的应用微晶玻璃的化学稳定性好，几乎不被腐蚀的特性广泛地应用于化工上。如：Na2OAlO2O3SiO2系霞石微晶玻璃随酸溶液的变化存在一个极值区域，当碱溶液浓度较大时，失重几乎与浓度变化

19、无关。在控制污染和新能源应用领域也找到了用途，如微晶玻璃用于喷射式燃烧器中消除汽车尾气中的碳氢化合物；在硫化钠电池中作密封剂；在输送腐蚀性液体中作管道和槽等。5.6 建筑材料上的应用建筑微晶玻璃作为新型绿色装饰材料，在世界上成为最具有发展前景的建筑装饰材料。广泛应用于大型建筑和知名重点工程，其装饰效果和理化性能均优于玻璃、瓷砖、花岗石和大理石板材；莫氏硬度615710，抗弯强度5060MPa，抗压强度>500MPa，体积密度21652170，吸水率0，耐酸耐碱性、抗冻性耐污染性能优异，无放射性污染，镜面效果良好。微晶玻璃具有高的强度，封闭气孔，低的吸水性和热导性，质轻可作为结构材料、热绝

20、缘材料【7】。5.7 其它材料上的应用泡沫微晶玻璃作为结构材料、热绝缘材料和纤维复合增韧微晶玻璃都得到了广泛研究和应用。核工业方面，微晶玻璃被用于制造原子反应堆控制棒上的材料、反应堆密封剂、核废料存储材料等方面。另外，1977年Scharch. KE 和Ash2bee.KHG发现云母微晶玻璃有记忆效果，开辟了微晶玻璃在记忆材料领域的应用。6 微晶玻璃的发展前景微晶玻璃作为一类重要的无机非金属材料,其某些独特性能是其它材料不可比拟的。近年来,微晶玻璃在组成、核化、晶化、工艺与应用开发等方面都取得了重大进展,并有一批材料商品化,但与它具有的一些优异性能相比,其应用和产业规模还是很小的。微晶玻璃作为一种可选择的装饰材料,从短期来看,它仍无法与天然石材的自然属性相比。而天然石材具有资源的有限性,从长远看,存在微晶玻璃部分替代天然石材的可能性。由于微晶玻璃产品成本较高,导致市场价格偏高,加之市场对这种新产品的认识度偏低。因而,将大大制约其使用和发展。目前,微晶玻璃的应用主要局限于公共建设