微晶陶瓷完整版本

10.4微晶陶瓷10.4.1概述10.4.2微晶陶瓷的分类10.4.3微晶陶瓷的制造工艺10.4.4

微晶陶瓷的性能、用途及前景10.4.1概述十八世纪法国化学家鲁米汝尔曾设想用玻璃制备多晶材料，直到二十世纪五十年代才由美国康宁公司实现。由于微晶陶瓷材料具有优良的力学、电学、磁学、光学等性能，且简单的制备工艺技术、廉价的原材料和低的制造成本，以及能工业化大规模生产的优势，不失为一种高性能低价位、应用市场广阔的新型陶瓷材料，已成为新型陶瓷材料开发应用的热点之一。微晶陶瓷(微晶玻璃)是将加有特定成核剂组成的基础玻璃,在一定温度下热处理后,就变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。低膨胀微晶陶瓷主要有Li2O-Al2O3-SiO2系统和MgO-Al2O3-SiO2系统。最近也有Cu2O-Al2O3-SiO2系统微晶陶瓷的报道。其具有低膨胀特性是因为它们能够在基础玻璃中分别析出β-锂辉石或锂霞石和堇青石晶体。10.4.2微晶陶瓷的分类微晶陶瓷的种类繁多，如按照功能相不同进行分类，主要有以下七类。10.4.2.1金属单质微晶陶瓷传统的是光敏微晶陶瓷，如用溶胶-凝胶法将金属单质Au、Ag等在SiO2玻璃中均匀析出形成的具有复相结构的材料，却具有独特的光学性能和半导体特性。10.4.2.2氧化物半导体微晶陶瓷以氧化物半导体如FeO、ZnO等过渡金属氧化物与玻璃形成的复相结构，通常具有良好的电性能。

10.4.2.3化合物半导体微晶陶瓷以CdS，Zn1-xCdxS等II-IV族化合物，以及AlP等III-V族化合物半导体与玻璃复合形成的一类新型精细复合功能材料。

10.4.2.4铁电微晶陶瓷早在上世纪六十年代，人们就采用熔融工艺研究铁电微晶陶瓷，主要包括PbTiO3、BaTiO3、NaNbO3等体系。这些材料具有良好的介电频率和介电温度特性。10.4.2.5铁磁微晶陶瓷该类由BiFeO3、MnFe2O4、ZnFe2O4等铁磁相和玻璃相复合制备而成。对铁磁性微晶陶瓷传统工艺已有广泛的研究，铁磁微晶陶瓷材料在磁光控制、吸波材料、微波器件等具有重要的应用价值。10.4.2.6生物微晶陶瓷将有生物活性的功能晶相(如羟基磷灰石等)与玻璃相复合；或将生物酶与玻璃相复合形成生物复相微晶陶瓷，使无机界与生物界联系起来，开辟了一个全新的新材料领域。

10.4.2.7光学微晶陶瓷将光变色晶相与玻璃复合形成的光致变色微晶陶瓷，甚至将光变色染料、激光染料等有机功能相与玻璃相复合，形成性能优良的非线性光学材料。10.4.3微晶陶瓷的制造工艺10.4.3.1微晶陶瓷的制备微晶陶瓷是由玻璃通过一定热处理后得到的，微晶玻璃的性能与玻璃的组成有很大关系，为了保证其晶体的析出，常引入一定晶核剂。（P261表10.7）熔融法最早的微晶陶瓷是用熔融法制备的，至今熔融法仍然是制备微晶陶瓷的主要方法。其工艺流程为：在原料中加入一定量的晶核剂并混合均匀，于1300～1500℃高温下熔制，均化后将玻璃熔体成型，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陶瓷制品。熔融法的最大特点是可沿用任何一种玻璃的成型方法，如压延、压制、吹制、拉制、浇注等；与通常的陶瓷成型工艺相比，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确的制品。烧结法烧结法制备微晶陶瓷的工艺流程如下为：配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→成型→烧结→加工。烧结法制备微晶陶瓷不需要通过玻璃形成阶段，因此适于高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的微晶陶瓷的制备，如高温微晶陶瓷材料等。用该法制备的微晶陶瓷中可存在含量较高的氧化锆、莫来石、尖晶石等耐高温晶相。如将MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃粉碎后与方镁石混合烧结，形成莫来石质微晶陶瓷，耐温高达1250℃。此外，烧结法还有一个显著的特点，即玻璃经过水淬后，颗粒细小，比表面积增加，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，也可以制备出性能良好的微晶陶瓷材料。溶胶-凝胶法最早是用来制备玻璃的，但近十多年来，一直是玻璃与陶瓷等先进材料制备技术的研究热点。溶胶-凝胶法的主要优点是：(1)可以得到均质高纯材料；(2)可防止某些组分挥发并减少污染；(3)其制备温度比传统方法低得多；(4)可扩展组成范围，制备传统方法无法制备的材料，如不能形成玻璃的系统和具有高液相组成的微晶陶瓷。用溶胶-凝胶法制备的微晶陶瓷主要为具有高温、高强、高韧性以及其它特殊性能的高新技术材料。10.4.3.2玻璃熔制及成型低膨胀微晶陶瓷一般熔点较高，因此其熔制温度高达1500~1600℃。玻璃的熔制的过程可以采用池窑或坩埚窑。前两系（Li和Mg）可采用中性或氧化性气氛，但Cu系必须采用还原性气氛，否则会因为生成CuO而失去低膨胀性。成型方法：同一般普通玻璃的成型方法一致，如吹制、压制、拉制、压延、离心浇注等。注意：其过程中为了防止析出晶体，必须高速成型。10.4.3.3结晶化前加工对微晶陶瓷的热加工和冷加工尽可能都在结晶化之前完成。因为这时的玻璃硬度小，软化温度低，加工容易。10.4.3.4结晶化热处理热处理是微晶陶瓷产生预定晶相和玻璃相的关键工序，微晶陶瓷的结构取决于热处理的温度制度。热处理时，玻璃中先后发生分相、晶核形成、晶体长大、二次结晶生长等过程。低膨胀微晶陶瓷的热处理制度一般是分两个阶段进行：10.4.4

微晶陶瓷的性能、用途及前景10.4.4.1性能与用途微晶陶瓷集中了多种优良性能，如机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等，不仅适于代替传统材料以获得更好的经济效益和改善工作条件，而且开辟了一个没有替代材料可以满足其技术要求的全新领域，从而在许多领域获得了广泛的应用。详细见下表：领域性能运用航天工业强度高，质轻及优良的热学性能用作飞机、人造地球卫星等的结构材料，如高速飞机的机翼前缘、喷气式发动机喷嘴。建筑装饰强度高、化学稳定性好微晶陶瓷玻化砖，在机械强度、不吸污、光泽度、耐化学试剂侵蚀、耐腐蚀、热膨胀系数和热稳定性等方面远远优于普通陶瓷砖。机械工业良好的机械性能且能获得极光滑的表面用作轴承，利用其强度高、耐磨性好的特点，可取代钢材制造斜槽、球磨机内衬以及研磨体。电力电子工业膨胀系数可在很大范围内变化用于制造各种类型的绝缘体、电路板、整流罩、电容器、滤波器和混频器等。

化工领域化学稳定性好，耐磨

用于制造输送腐蚀性液体的管道、阀门、泵等，还可用作反应器、电解池及搅拌器的内衬。同时在核工业中也有较广泛的应用。生物医学某些梯度构造系微晶陶瓷与牙齿有相近的外观。用于人工齿冠修复，在骨骼移植等方面已得到了应用。10.4.4.2玻璃陶瓷的发展前景

10.4.4.2.1耐高温微晶陶瓷

耐高温玻璃陶瓷是随着烧结法、溶胶-凝胶法等新工艺在玻璃陶瓷制备中的应用而发展起来的新材料。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。10.4.4.2.2高力学性能的材料

微晶陶瓷的微观结构对其力学性能有很大影响，