【焦點熱聞】微晶玻璃簡介

(資料圖)

微晶玻璃簡介

微晶玻璃是由玻璃的控制晶化制得的多晶固體。晶化就是通過把適當?shù)牟ＡЫ?jīng)受仔細制定的熱處理制度，使玻璃中成核及結(jié)晶相生長。在許多情況下，晶化過程幾乎可以全部完成，通常只存在小部分的剩余玻璃相。

在微晶玻璃中，晶相是全部從一個均勻玻璃相中通過晶體生長而產(chǎn)生，這和傳統(tǒng)陶瓷材料不同。在陶瓷材料中，雖然由于固相反應(yīng)出現(xiàn)某些重結(jié)晶或新的晶體，但大部分結(jié)晶物質(zhì)是在制備陶瓷組分時引人。微晶玻璃和玻璃的不同處是在于它大部分是晶體，而玻璃則是無定形或非晶態(tài)。

微晶玻璃的生產(chǎn)過程，除增加熱處理工序外，同普通玻璃的生產(chǎn)過程一樣。微晶玻璃所用原料不特殊、生產(chǎn)過程簡單，但產(chǎn)品卻有著優(yōu)異的性能(如膨脹系數(shù)變化范圍大、機械強度高、化學穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性好、使用溫度高及堅硬耐磨等)。因而微晶玻璃的出現(xiàn)是玻璃生產(chǎn)的一次重大進展。由于微晶玻璃具有物美價廉的特點，并且其中的某些品種，如礦渣微晶玻璃又可以利用工業(yè)廢料，所以得到了迅速的發(fā)展。

實用微晶玻璃是近代發(fā)展起來的，1739 年法國魯米汝爾進行了從玻璃制備多晶材料的早期嘗試，但他沒有完成對晶化過程的控制。1925年，Tamman 就認為影響玻璃結(jié)晶的兩個主要因素是成核速度和晶體成長速度，結(jié)晶過程是先成核后晶體生長，選擇最優(yōu)的成核溫度是微晶玻璃生長的重要措施。汪左特(1947) 在尋找辦法降雨時，選用碘化銀看來是有效的晶核劑，因為這種晶體和冰的晶格常數(shù)十分相似。哈滿樓 (1951) 和臺倫布爾 (1952)進一步論證了晶核劑和被核化相的晶格常數(shù)相差小于士15%時有利于成核。微晶玻璃材料的研制成功并實現(xiàn)工業(yè)化則始于1957 年，美國康寧公司的 Stookey 發(fā)明了光敏微晶玻璃，他研究了晶核劑的作用，指出兩液分相比晶化的均勻成核更有可能發(fā)生，成功地推出了以 TiO.為晶核劑的范圍很廣的玻璃組成。1968年，英國的Mcmilllan 研究了多元玻璃中析晶過程的復(fù)雜性，指出在主晶相以顯著速度生長的溫度下即能產(chǎn)生晶核，此時引人的晶核劑熔于玻璃熔體中，有直接提供晶核的可能性，發(fā)現(xiàn)了利用金屬磷酸鹽促使玻璃的控制晶化，指出有效成核密度的增加，連同晶體生長速度的減小都是促進發(fā)展細晶顯微結(jié)構(gòu)的因素。這是微晶玻璃生長所希望的。Sheletak(1978) 在研究用熔化的油母頁巖制取微晶玻璃時發(fā)現(xiàn)，原始玻璃只是表面晶化，當引人1%的氧化物便導致晶體生長速度顯著變化，可得 90%的晶體，平均晶粒小于10um。此后幾十年中，各國學者無論在材料研制、開發(fā)，還是在理論研究方面都取得了顯著的成就。

微晶玻璃的性能是由晶相的礦物組成與玻璃相的化學組成以及它們的數(shù)量決定的。調(diào)整上述各種因素，就可以生產(chǎn)出各種預(yù)定性能的材料?，F(xiàn)在已經(jīng)研究出了數(shù)千種微晶玻璃。正是由于微晶玻璃本身所具有的優(yōu)良性能，它在國防、航空、運輸、建筑、生產(chǎn)科研及生活等領(lǐng)域作為結(jié)構(gòu)材料、技術(shù)材料、電絕緣材料、光學材料等獲得廣泛地應(yīng)用。

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