低成本微晶玻璃的研究与应用
Cu2O_纳米微晶玻璃的显微结构及性能研究
easy large scale production is a potential substitute for silver loaded antibacterial glass. In this study, SiO2 -Al2 O3 -K2 OZnO-P2 O5 -B2 O3 -CuO glass-ceramics with different ZnO / K2 O were investigated. Their microstructures were characterized
Jobin) 记录样品中玻璃相和晶相特定基团分子的拉曼振动信号,选择激光器波长 532 nm,测试范围 100 ~
2 000 cm - 1 ;采用 X 射线光电子能谱仪( XPS, Thermo Fisher Scientific) 分析材料中 Cu 元素的价态;采用场发
射扫描电子显微镜( FESEM, Zeiss Ultra Plus) 和高分辨率透射电子显微镜( HRTEM, JEM-1400 Plus) 观察样
基于上述背景,本文选择 SiO2 -Al2 O3 -K2 O-ZnO-P2 O5 -B2 O3 硅酸盐玻璃体系,以 CuO 为铜源,采用熔体-淬
冷法制得了富含纳米 Cu2 O 的微晶玻璃。 采用多种表征方法重点研究了不同 ZnO / K2 O 比微晶玻璃的显微结
构,并分析讨论了显微结构与所制得微晶玻璃抗菌效果和可见光催化活性之间的关系,为新型功能微晶玻璃
基和氨基反应,改变细胞膜的通透性使细胞质基质流出,随后细胞死亡;而对于细胞壁较厚的革兰氏阳性菌,
Cu + 释放还可能进一步产生活性氧基团( 如 O2- 、·OH 和 H2 O2 ) ,从而诱导氧化应激,加速细菌的衰退和死
肖特微晶玻璃参数-概述说明以及解释
肖特微晶玻璃参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下编写:肖特微晶玻璃是一种新型的玻璃材料,具有独特的结构和性能特点。
它可以在较低的温度下制备出具有高度有序的微晶结构,具有较高的抗热震性、抗压性和抗蠕变性能,透光性和电绝缘性能也优异。
因此,肖特微晶玻璃在各个领域都有广泛的应用前景。
本文将对肖特微晶玻璃的参数进行深入研究和探索。
首先,我们将介绍肖特微晶玻璃的定义和特点,包括其结构、成分和性能等方面的特点。
其次,我们将详细讨论肖特微晶玻璃的制备方法和工艺参数,包括烧结温度、烧结时间、冷却速率等参数的影响及其优化方法。
最后,我们将探讨肖特微晶玻璃在工业和科研领域的应用前景,并强调对肖特微晶玻璃参数的研究和探索的重要性。
通过对肖特微晶玻璃参数的深入研究和探索,我们可以更好地理解其制备过程和性能特点,为进一步优化制备工艺、提高产品质量和开发新的应用领域提供理论和实践基础。
本文的研究将有助于推动肖特微晶玻璃在多个领域的应用,为材料科学和工程技术发展作出贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容应包括对整篇文章的组织、篇章分布以及各个章节的主题和内容的介绍。
例如:文章结构本文按照以下结构进行安排。
首先,在引言部分,将对肖特微晶玻璃的参数进行简要概述,并介绍文章的结构和目的。
其次,在正文部分,将详细探讨肖特微晶玻璃的定义和特点。
包括该材料的基本概念、组成成分以及其在物理和化学性质上的特殊之处。
同时,也会介绍目前的制备方法和工艺参数,包括合成过程中的温度、时间、压力等关键因素,以及对其性能和品质的影响。
最后,在结论部分,将展望肖特微晶玻璃在工业和科研领域的应用前景,并强调研究和探索肖特微晶玻璃参数的重要性。
结论部分将对整篇文章进行总结,并提出未来进一步研究的方向和问题。
通过以上结构的安排,读者将能够全面了解肖特微晶玻璃参数的相关内容,从而对该领域的研究和应用有一个整体的认识。
接下来,我们将从引言部分开始,深入探讨这一主题。
微晶玻璃及其用途0906-17
微晶玻璃及其用途0906-17
微晶玻璃及其用途0906-17
微晶玻璃介绍
微晶玻璃(Microcrystalline glass),又称玻璃钢,是一种高性能
玻璃,它具有高熔点、高硬度、高抗损伤性、高粘结性,是一种具有优异
性能的玻璃。
微晶玻璃一般由一种或多种氧化物组成,以硅酸铝硅酸锰为
基本构成元素,具有铝、锰、钛等金属的氧化物成分。
微晶玻璃制造工艺
微晶玻璃的重要原料是硅酸铝、硅酸锰、硅酸钛等金属元素的氧化物,一般经过精细加工组成成分,采用烧结工艺制造出来。
根据加工工艺不同,可以将微晶玻璃分为微晶玻璃颗粒、碎片和微晶玻璃块三种形式。
微晶玻璃的性能特点
1.高熔点:微晶玻璃的熔点可达1600℃,远远高于普通玻璃,具有
良好的高温耐受能力。
2.高硬度:由于微晶玻璃中含有较多的金属元素,具有较高的硬度,
受损伤比普通玻璃小。
3.高抗温性:因为微晶玻璃具有自身的特殊性,具有比普通玻璃更高
的耐热性能,在高温条件下表现良好,可以长时间在高温环境下工作。
4.高抗化学腐蚀性:微晶玻璃表面具有自身的化学结构,能有效抵御
化学侵蚀,耐酸碱性腐蚀能力强,非常适合接触各种有害物质的环境。
微晶玻璃项目可行性研究报告
微晶玻璃项目可行性研究报告1.项目概述微晶玻璃项目旨在研发和生产具有独特外观和高性能的微晶玻璃产品,满足市场对高端装饰材料的需求。
该项目计划建设一条年产能为5000吨的微晶玻璃生产线,包括原料处理、成型、加热、冷却等生产工序,同时设立产品研发和质量检测中心。
2.市场分析微晶玻璃是一种高档装饰材料,具有类似大理石的纹理和光泽,同时克服了大理石易碎、易变形的缺点。
随着人们对家居和公共场所装修品质的要求不断提高,高端装饰材料的需求也越来越大。
微晶玻璃由于其独特的外观和优良的性能,已经在市场上获得了一定的份额。
通过对市场需求的调研和竞品分析,预计微晶玻璃市场的潜在增长空间较大。
3.技术可行性本项目的核心技术是微晶玻璃的生产工艺,包括原料处理、成型、加热和冷却等步骤。
目前,相关的生产技术已经相对成熟,国内外已有多家企业在生产微晶玻璃,并取得了较好的经济效益。
本项目可以借鉴这些已有的技术和经验,并引进国内外先进设备和技术,以确保生产线的稳定运行和产品质量的提升。
4.经济可行性根据市场调研和竞争对手分析,预计微晶玻璃产品的市场价格在每平方米500元左右,而生产成本约为每平方米300元。
通过建立年产能为5000吨的生产线,预计每年销售收入可达7500万元,净利润约为3000万元。
在扣除固定投资和运营成本后,预计项目的回收期为3年,投资回报率为20%。
5.环境可行性微晶玻璃的生产过程中基本上不会造成对环境的污染,而且其自身具有一定的环保性能,如耐酸碱、耐高温等。
在项目建设和运营中,我们将严格遵守国家的环保法律法规和相关标准,确保项目的环境可持续性发展。
6.风险分析本项目所面临的风险主要包括市场风险、技术风险和产能过剩风险。
市场风险包括市场需求不及预期、市场价格波动等;技术风险包括设备故障、工艺改进等;产能过剩风险则是由于市场竞争激烈,导致产品销售不及预期。
为降低这些风险,我们将制定有效的市场营销策略,不断做好产品研发和创新,同时注重提高运营效率和降低生产成本。
微晶玻璃及其应用
浇铸法工艺流程:
配料
混合
玻璃熔制
浇铸
研磨抛光
微晶玻璃
晶化
脱模
带颗粒纹 理产品
优点:可浇铸成异形性,对生产一些异形板有很大优势,产品致密 度高,无气孔,抗压强度大。 缺点:对模具质量要求高,模具损耗大,生产成本高。
溶胶凝胶法:
将金属有机盐作为原料,溶解到乙醇中,,并以醋酸为催化 剂;在恒温下加热,一段时间后,随部分溶剂挥发,有积金属盐不 断水解并缩聚,溶液的浓度和粘度不断增大,并形成一种不可流动 的凝胶状态,然后再逐步进行热处理,最后获得微晶玻璃。
枝晶结构是由晶体在某一晶格方向上加速生长造成的。枝晶的总轮 廓与通常晶体形貌相似,在枝晶结构中保留了很高比例的残余玻璃 相。枝晶在三维方向上连续贯通,形成骨架。由于氢氟酸对亚硅酸 锂的侵蚀速度要比铝硅酸盐玻璃相更快,亚硅酸锂枝晶有容易被银 感光成核,可将复杂的图案转移到微晶玻璃上。
高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在几十纳米以内,得到超细 颗粒结构。在锂铝硅透明微晶玻璃中,由于充分核话,基础玻璃中 形成大量的钛酸锆晶核,β-石英固溶体晶相在晶核上外延生长,形 成平均晶粒尺寸约60nm均匀的超细颗粒结构。由于晶粒尺寸远小于 可见光波长,并且β-石英固溶体的双折射率较低,该微晶玻璃透光 率很高。 类硅酸盐矿物在二维方向上结晶能够产生一种互锁的积木结构,是 可切削微晶玻璃的典型显微结构。由于云母晶相较软,而且能使切 削工具尖端引起的裂纹钝化、偏转和分支而产生碎片剥落,不会产 生灾难性破坏,因此即使晶相体积分数仅40%也具有良好的可切削 性,此外,云母相的连续性也使此类微晶玻璃具有很高的电阻率和 介电强度。
烧结法的制备流程为;
配料
混合
玻璃熔制
水淬
微晶玻璃 热导率-概述说明以及解释
微晶玻璃热导率-概述说明以及解释1.引言1.1 概述微晶玻璃是一种新型的无机非晶材料,具有结晶态晶体的形态特点,且具备玻璃的非晶性质。
相比于传统晶体和普通玻璃,微晶玻璃具有更高的热导率。
热导率是材料传导热能的能力指标,能够衡量材料导热的效率。
由于微晶玻璃的结构特点,其热导率相比其他材料更高,使得其在热传导方面具有广泛的应用前景。
本文旨在探讨微晶玻璃的热导率以及其影响因素,并探索微晶玻璃热导率的研究意义和应用前景。
首先,我们将介绍微晶玻璃的定义和特点,包括其结晶态晶体形态和玻璃的非晶性质。
其次,我们将重点讨论微晶玻璃热导率的影响因素,包括晶体结构、成分组成、结晶度等。
通过对微晶玻璃热导率影响因素的深入研究,我们可以更好地理解微晶玻璃的热传导机制,并为合理设计微晶玻璃材料提供理论基础。
此外,微晶玻璃的高热导率还使其在热管理领域具有广泛的应用前景,例如用于导热散热材料、集成电路散热器等。
在未来的研究和应用中,我们可以进一步探索微晶玻璃的热导率特性,并开发出更高效的微晶玻璃材料,以满足日益发展的科技领域对优质导热材料的需求。
因此,深入研究微晶玻璃的热导率具有重要的理论和实际意义,将为材料科学和应用技术领域的发展带来重要的贡献。
接下来的章节将详细介绍微晶玻璃的定义和特点,以及热导率的影响因素,希望通过本文的研究,能够对微晶玻璃的热导率有更深入的认识,并为相关领域的研究和应用提供参考和借鉴。
1.2文章结构文章结构是指文章的整体框架和组织方式。
一个良好的文章结构可以帮助读者更好地理解和理解文章的内容,并使文章更具逻辑性和连贯性。
在本文中,文章的结构分为以下几个部分:1. 引言:引言部分主要包括概述、文章结构和目的。
概述部分是对文章主题进行简要介绍,引起读者的兴趣。
文章结构部分给出了整篇文章的组织框架,说明各个章节的内容。
目的部分说明了本文撰写的目的和意义。
2. 正文:正文部分是文章的主体,主要包括微晶玻璃的定义和特点以及微晶玻璃的热导率影响因素。
微晶玻璃用途和特点
微晶玻璃用途和特点
在当今科技日新月异的时代,一种新型材料——微晶玻璃正悄然改变着我们的生活。
这种材料以其独特的性能和美观的设计,赢得了越来越多人的青睐。
本文将探讨微晶玻璃的用途和特点,以及它如何成为现代科技与美学的完美结合。
微晶玻璃是一种由高度有序的纳米晶体颗粒组成的透明材料。
它的制作工艺十分精细,需要经过多道严格的工序。
然而,正是这些复杂的制作过程赋予了微晶玻璃无可比拟的优越性能。
首先,微晶玻璃具有极高的硬度和耐磨性,使其成为理想的建筑材料、电子设备外壳等应用领域的理想选择。
其次,微晶玻璃具有良好的隔热性和保温性,使其在家电、汽车等领域得到广泛应用。
此外,微晶玻璃还具有优异的光学性能,如高透明度、抗紫外线等特点,使其在照明、显示设备等领域具有广泛的应用前景。
除了强大的性能,微晶玻璃还以其独特的美学设计吸引了众多设计师和消费者。
由于其高度有序的晶体结构,微晶玻璃呈现出丰富的色彩和纹理变化,为设计师提供了广阔的创作空间。
无论是现代简约风格的家居装饰,还是时尚前卫的电子产品设计,微晶玻璃都能发挥出独特的美感效果。
同时,由于其良好的加工性能,微晶玻璃可以轻松地进行切割、打孔、抛光等加工工艺,使得产品设计更加灵活多样。
随着人们对生活品质的要求不断提高,微晶玻璃的应用前景越来越广阔。
在建筑领域,越来越多的建筑师开始尝试将微晶玻璃应用于外墙、天窗、地面等方面,以提升建筑的整体美感和舒适度。
在电子
设备领域。
微晶玻璃可行性研究报告
微晶玻璃可行性研究报告微晶玻璃可行性研究报告(一)摘要:本文是对微晶玻璃的可行性研究报告。
微晶玻璃是一种新型的玻璃材料,具有很高的透明度和抗击打性能。
本文对微晶玻璃的制造工艺、市场需求以及应用前景进行了详细分析和研究,得出了在特定领域中,微晶玻璃具备广阔的市场前景和潜力的结论。
1. 引言微晶玻璃是一种由微观晶粒组成的玻璃材料,其晶粒大小通常在纳米到亚微米的量级。
由于微晶玻璃具有比普通玻璃更高的透明度和强度,它在一些特定领域具备广阔的应用前景。
因此,本研究旨在探讨微晶玻璃的可行性,从而为相关领域的研究人员和企业决策者提供参考依据。
2. 微晶玻璃的制造工艺微晶玻璃的制造工艺是实现其透明度和抗击打性能的重要保证。
现阶段,微晶玻璃的制造主要通过熔融法、溶胶-凝胶法和热机械处理法等方法实现。
2.1 熔融法熔融法是制造微晶玻璃的传统方法。
通过将玻璃原料加热至熔点,然后迅速冷却,可以得到较小晶粒尺寸的微晶玻璃。
然而,熔融法制备的微晶玻璃在晶粒尺寸和分布上存在一定的难度,同时生产成本较高。
2.2 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法采用溶胶的形式制备微晶玻璃。
通过溶解玻璃原料并得到凝胶状态,然后经过干燥、热处理等环节,最终得到微晶玻璃。
溶胶-凝胶法可以控制晶粒尺寸和分布,且制备过程较为简单,是目前制备微晶玻璃的主要方法之一。
2.3 热机械处理法热机械处理法通过热机械力学作用来制备微晶玻璃。
通过在玻璃材料中施加外力,例如拉伸或压缩,可以改变玻璃结构并得到微晶玻璃。
热机械处理法具有制备工艺简单、成本较低的优点,但对于制备微晶玻璃的晶粒尺寸和分布控制有一定的挑战。
3. 微晶玻璃的市场需求微晶玻璃具有优异的透明度和抗击打性能,在一些特定领域中具备广阔的市场需求。
3.1 手机显示屏微晶玻璃可以应用于手机显示屏的保护层,可以提供更高的透明度和抗击打性能,提高用户体验,并有效保护显示屏不受外界物理损伤。
3.2 光学器件由于微晶玻璃的高透明度,它可以作为光学器件的基底材料,例如激光器的窗口、光学镜片等,可以提高光学器件的传输效率和使用寿命。
铁尾矿、菱镁石尾矿制备微晶玻璃的研究报告
铁尾矿、菱镁石尾矿制备微晶玻璃的研究报告近年来,微晶玻璃作为一种新型的无机无晶体材料,由于其良好的机械性能、化学稳定性和光学性能等特点,受到了广泛的关注。
本文研究了铁尾矿和菱镁石尾矿作为主要原料制备微晶玻璃的方法及其性能。
1.实验方法1.1 原料处理将铁尾矿和菱镁石尾矿分别破碎并筛选,筛出粒径小于100目的细粉末。
然后将两种细粉末按照一定比例混合,加入适量的氧化镁和碳酸氢钠,放入干燥箱中预干燥。
1.2 烧结制备将混合物取出,按一定比例加入紫外辐射引发剂(这里用的是4,4'-双(二氟硫)二苯乙烷),并充分混合均匀。
将混合物压制成适当大小的形状,放入加有紫外线的光源下进行紫外光固化。
固化时间为2小时,光强为20mW/cm2。
然后将固化后的样品放入热处理炉中进行烧结。
烧结温度为900℃,保温时间为2小时。
烧结后,将样品冷却至室温。
1.3 性能测试测试烧结后样品的密度、硬度、抗压强度和显微结构。
2.实验结果经过以上实验方法,成功制备出铁尾矿和菱镁石尾矿制备的微晶玻璃。
测试结果显示,制备的微晶玻璃的密度为 3.29g/cm3,硬度为6.8GPa,抗压强度为541MPa。
显微结构观察下,样品呈现出均匀的微晶结构,晶粒大小在0.1-1μm之间。
3.分析和讨论制备微晶玻璃的关键在于烧结过程。
烧结温度和时间的控制直接影响微晶玻璃的性能。
本研究中,烧结温度为900℃,且保温时间为2小时,成功制备出品质良好的微晶玻璃。
由于铁尾矿和菱镁石尾矿中富含氧化镁和碳酸盐等元素,经过烧结后能够形成均匀的微晶结构。
此外,加入紫外辐射引发剂能够提高微晶玻璃的光学性能。
4.结论本研究成功制备出铁尾矿和菱镁石尾矿制备的微晶玻璃,具有良好的机械性能、化学稳定性和光学性能等特点。
该方法可以为废弃尾矿的综合利用提供一种新思路,也为微晶玻璃的开发提供了新的可持续的原料来源。
本研究中制备的铁尾矿和菱镁石尾矿制备的微晶玻璃的密度为3.29g/cm3,硬度为6.8GPa,抗压强度为541MPa,晶粒大小在0.1-1μm之间。
微晶玻璃建材的研究与应用
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微 晶玻 璃 是 将 玻璃 再 加 热使 其微 晶化制 成 的 多 晶 固体材 料 , 叫玻 璃 陶瓷 。与 常规 玻 璃 相 比, 晶玻璃 也 微
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( . n t ueo n r a i M ae ilEatChn ie st fS in e 8 c n lg . h n a 0 2 7。 ia 1 I si t fIo g nc t t r , s ia Un、 r i o ce c LTe h oo y S a gh i2 0 3 Chn : a y
绿 、 、 、 Байду номын сангаас 、 等基 色 , 任意 组合 各 种 色调 。尤其 令 人 瞩 目的是 可 以生 产 高 雅 的 纯 白色 板 材 , 是 天 蓝 紫 白 灰 黑 可 这
界建 筑 装饰 的新 型 材 料 。与 天然 石材 相 比 , 晶玻 璃装 饰 材 料具 有 优越 的物理 化 学性 能 和 成 型加 工 性 能 , 微 更
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微 晶 玻 璃 建 材 的 研 究 与 应 用
于 向 阳 ~, 敬 华 , 忠 新。 周 子 正。 程 继 健 李 芦 , ,
( . 东 理 工 大 学 无 机 材 料 研 究 所 , 海 20 3 ; 1华 上 0 2 7 2 河 南 安 彩 集 团 有 限 责 任 公 司 电子 玻 璃 研 究 中心 , 南 安 阳 . 河 450 ) 5 0 0
Li2O-Al2O3-SiO2_系微晶玻璃的研究进展
第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024Li 2O-Al 2O 3-SiO 2系微晶玻璃的研究进展任贝贝1,刘亚鑫1,黄㊀欣1,王㊀霆1,王㊀娜1,姜㊀宏2,熊春荣2,郝红勋1(1.天津大学国家工业结晶工程技术研究中心,天津㊀300072;2.海南大学海南省特种玻璃重点实验室,海口㊀570228)摘要:Li 2O-Al 2O 3-SiO 2(LAS)系微晶玻璃由于具有热膨胀系数低㊁透明度高㊁力学性能优良等特点,被广泛应用于国防㊁建筑㊁化工㊁生物医药等多个领域,近年来受到研究者的广泛关注㊂本文综述了LAS 系微晶玻璃的研究现状,介绍了LAS 晶相体系及相关玻璃产品,对比分析了LAS 系微晶玻璃各制备工艺的特点,并讨论了LAS 系微晶玻璃晶核剂的种类及成核机理,最后总结了LAS 系微晶玻璃性能㊁应用以及相应表征技术和测试手段,并指出了LAS 系微晶玻璃存在的问题及未来的发展方向㊂关键词:LAS 系微晶玻璃;高铝低锂;低热膨胀;组分设计;晶核剂中图分类号:TQ171.73㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1181-16Research Progress of Li 2O-Al 2O 3-SiO 2System Glass-CeramicsREN Beibei 1,LIU Yaxin 1,HUANG Xin 1,WANG Ting 1,WANG Na 1,JIANG Hong 2,XIONG Chunrong 2,HAO Hongxun 1(1.National Engineering Research Center of Industrial Crystallization Technology,Tianjin University,Tianjin 300072,China;2.Special Glass Key Laboratory of Hainan Province,Hainan University,Haikou 570228,China)Abstract :Li 2O-Al 2O 3-SiO 2(LAS)system glass-ceramics is widely used in national defense,architecture,chemical industry,biomedicine and other fields due to its low thermal expansion coefficient,high transparency,excellent mechanical properties and other characteristics.In recent years,it has received extensive attention from researchers.This article summarizes the current research status of LAS glass-ceramics,introduces the LAS crystal phase system and related glass products,compares and analyzes the characteristics of various preparation processes of LAS glass-ceramics,and discusses the types of LAS glass-ceramics nucleating agents and their nucleation mechanisms.Finally,the properties,applications,corresponding characterization techniques and testing methods of LAS glass-ceramics are summarized,and the existing problems and future development trends of LAS glass-ceramics are pointed out.Key words :LAS glass-ceramics;high aluminum and low lithium;low thermal expansion;component design;nucleation agent㊀收稿日期:2023-11-08;修订日期:2023-12-19基金项目:国家自然科学基金(U22A201195)作者简介:任贝贝(2000 ),女,硕士研究生㊂主要从事微晶玻璃方面的研究㊂E-mail:rbb_1124@通信作者:黄㊀欣,博士,副教授㊂E-mail:x_huang@郝红勋,博士,教授㊂E-mail:hongxunhao@0㊀引㊀言微晶玻璃是一种经过特定热处理程序进行成核和晶化而制备的多相固体材料[1],由玻璃相和微晶相共同组成,具有突出的热学㊁化学㊁光学和力学性能,目前被广泛应用于建筑㊁医学㊁微电子等领域㊂微晶玻璃最初由美国康宁公司的Stooky 在1957年研制成功,并确定了微晶玻璃的基本组成,开启了微晶玻璃的大门㊂微晶玻璃根据玻璃体系分为硅酸盐微晶玻璃㊁铝硅酸盐微晶玻璃㊁氟硅酸盐微晶玻璃㊁硼酸盐微晶玻璃及磷酸盐微晶玻璃,其中铝硅酸盐微晶玻璃以其明显的性能优势成为研究热点㊂铝硅酸盐微晶玻璃主要有四大系统:Li 2O-Al 2O 3-SiO 2系统㊁MgO-A12O 3-SiO 2系统㊁Na 2O-Al 2O 3-SiO 21182㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷系统㊁ZnO-Al 2O 3-SiO 2系统㊂通常根据氧化物的组成来进行划分,其中LAS 系微晶玻璃的组成(质量分数)为:55%~70%SiO 2㊁15%~27%Al 2O 3和1%~5%Li 2O,MAS 系微晶玻璃的组成(质量分数)为:45%~66%SiO 2㊁17%~40%Al 2O 3和10%~27%MgO,NAS 系微晶玻璃组成(质量分数)为:45%~60%SiO 2㊁25%~40%Al 2O 3和10%~20%Na 2O,ZAS 系微晶玻璃组成(质量分数)为:45%~66%SiO 2㊁17%~20%Al 2O 3和10%~25%ZnO㊂其中Li 2O-Al 2O 3-SiO 2(LAS)系微晶玻璃具有强度高㊁热膨胀系数低且化学性质稳定等特点,是铝硅酸盐微晶玻璃中重要的一类,目前已经被广泛应用于光学领域㊁电子技术领域乃至特殊领域㊂例如,LAS 系微晶玻璃可以用于制造激光器㊁红外线探测器㊁光学望远镜等高精度光学器件,在军事侦察㊁导航㊁通信等方面发挥着重要作用㊂此外,LAS 系微晶玻璃还可以用于制造高强度㊁高硬度的防弹玻璃,保护士兵和军事设备的安全,甚至在深海探测视窗材料方面也表现出巨大应用潜力㊂基于此,本文总结了目前LAS 系微晶玻璃的国内外研究现状,综述了LAS 系微晶玻璃的组成㊁制备方法㊁表征手段和性能等方面的研究进展,并提出了LAS 系微晶玻璃目前存在的科学问题及未来的发展方向㊂1㊀LAS系微晶玻璃的组成及晶相体系图1㊀Li 2O-Al 2O 3-SiO 2系统三元相图(质量分数)[3]Fig.1㊀Ternary phase diagram of Li 2O-Al 2O 3-SiO 2system (mass fraction)[3]LAS 系微晶玻璃的主要组成是SiO 2㊁Al 2O 3㊁B 2O 3㊁Li 2O㊁Na 2O㊁ZrO 2和P 2O 5等㊂其中,SiO 2是组成基础玻璃网络结构的重要氧化物,形成的[SiO 4]四面体构成了玻璃的基本骨架㊂Al 2O 3是玻璃网络形成体,以[AlO 4]四面体结构形式存在,能够增强玻璃网络聚合度㊂B 2O 3也是玻璃网络形成体,有[BO 3]和[BO 4]两种结构形式,其中[BO 4]的聚合度比[BO 3]高㊂Li 2O 和Na 2O 等碱金属氧化物以及ZnO㊁MgO 等主要作为玻璃网络修饰体[2],通过引入非桥氧破坏网络结构,进而促进微晶析出㊂ZrO 2主要作为晶核剂,通过促进液-液相分离或非均质核ZrO 2纳米晶的析出促进析晶㊂P 2O 5在LAS 系微晶玻璃中的作用比较复杂,既可以作为晶核剂,也可以作为玻璃网络形成体㊂作为LAS 系玻璃中最重要的三种组成,Li 2O㊁Al 2O 3㊁SiO 2三者的含量对微晶玻璃性能产生直接影响㊂从LAS 系玻璃的三元相图(图1)中可以看出,当Al 2O 3含量较高时,析出的晶体主要是β-锂辉石固溶体或β-石英固溶体㊂当Li 2O 含量较高时,析出的晶体主要是Li 2O㊃SiO 2㊂基于LAS 系微晶玻璃中铝和锂的含量,将LAS 系微晶玻璃划分为高铝低锂微晶玻璃和高锂低铝微晶玻璃㊂1.1㊀高锂低铝微晶玻璃高锂低铝微晶玻璃中Li 2O 的摩尔含量约为20%,Al 2O 3的摩尔含量小于8%,主晶相为二硅酸锂(Li 2Si 2O 5)等锂硅酸盐晶体,其光学特性与天然牙齿接近,具有较好的生物相容性和机械性能,已被广泛应用于牙齿修复材料㊂Wang 等[4]通过调节P 2O 5含量,制备出具有较高弯曲强度(310MPa)和半透明特性的二硅酸锂微晶玻璃,可作为牙齿修复材料㊂Laczka 等[5]通过三元相图确定玻璃组分,制备出弯曲强度高达400MPa 且颜色和透明度与牙齿相近的LAS 系微晶玻璃㊂此外,高锂低铝微晶玻璃可以进行锂-钠和钠-钾两次深度离子交换,在不影响微晶玻璃透明度的同时使玻璃的裂纹压制层厚度与力学性能大大提升,其原理如图2所示,较大的Na +与Li +进行第一次离子交换,随后更大的K +将Na +交换出来,实现深度化学强化㊂Zhang 等[6]采用K +-Na +离子交换强化热压烧结法制备的高锂低铝微晶玻璃,结果表明,K +-Na +离子交换提高了高锂低铝微晶玻璃的力学性能和化学耐久性㊂Laczka 等[7]采用低温离子交换工艺对主晶相是二硅酸锂和硅铝锂的高锂低铝微晶玻璃进行强化㊂结果表明,通过使用KNO 3盐将较小的离子(Na +㊁Li +)与较大的离子(K +)进行离子交换,得到的高锂低铝微晶玻璃的弯曲强度为700~800MPa,相较强化前(300~450MPa)得到了显著提升㊂然而,锂原料价格昂贵,导致高锂低铝微晶玻璃成本较高㊂除此之外,高锂低铝微晶玻璃还存在很多问第4期任贝贝等:Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究进展1183㊀题:1)主晶相二硅酸锂等锂硅酸盐晶体的模量和硬度较低,导致微晶玻璃的本征模量和本征硬度也相对较低,微晶及纳米晶体对玻璃的本征模量及强度增强有限,用于牙齿修复体尚有较大的破碎风险,且也无法满足国防尖端技术㊁微电子技术和航空航天等高精尖领域的需要㊂2)玻璃成分中Li2O含量高,长时间在口腔㊁海水等环境中使用时的抗侵蚀性能尚有待确认㊂3)虽然通过离子交换可以提高高锂低铝微晶玻璃的力学性能,但离子交换后微晶玻璃表面可能会发生 去晶化 现象,使微晶玻璃力学性能降低[8]㊂基于以上问题,在未来的研究中可筛选更高弹性模量和剪切模量的晶相,进而提高微晶玻璃的本征强度㊁硬度㊂图2㊀二硅酸盐微晶玻璃的离子交换原理示意图[9]Fig.2㊀Schematic diagram of ion-exchange principle of disilicate glass-ceramics[9]1.2㊀高铝低锂微晶玻璃高铝低锂LAS系微晶玻璃通常低热膨胀㊁高透明度和高机械强度等优点,且热膨胀系数在较大温度范围内可调㊂同时,相较于高锂低铝微晶玻璃,高铝低锂微晶玻璃的成本较低,且主晶相的晶体模量及硬度明显高于高锂低铝微晶玻璃,在特种玻璃领域具有更大潜质,因而一直受到研究者的关注㊂通过提高Al2O3含量可以增大玻璃网络结构孔隙,有利于吸收较大的K+,促进离子交换[10]㊂同时,增大Al2O3含量还可以提高玻璃的力学性能和化学稳定性㊂然而,过高的Al2O3含量会导致玻璃液黏度和表面张力增大,不利于熔化㊁澄清和成型[11]㊂因此,需要进一步探索基础玻璃的组成成分以降低玻璃的熔化和成型温度,或进一步开发新的特种玻璃熔化技术㊂此外,在高铝低锂微晶玻璃化学强化过程中只可以进行一次Na+-K+离子交换,交换强度大,但交换深度小,导致表面应力较高,抗冲击能力较低[12]㊂因此,需对熔盐配比㊁离子扩散规律㊁表面应力层分布以及强化工艺-表面结构-力学性能的关联进行更系统深入的研究[13-14]㊂高铝低锂微晶玻璃的主晶相包括β-石英固溶体㊁β-锂辉石晶体和β-锂霞石晶体,可通过调控微晶玻璃的基本组成成分得到不同主晶相的微晶玻璃,如表1所示㊂其中,β-石英固溶体作为主晶相的LAS系微晶玻璃对光的散射较低,透明度较高㊂德国肖特生产的零度®是β-石英固溶体微晶玻璃的典型代表,具有极低的热膨胀率,对可见光透明,能够满足航空航天㊁微型棱镜等的应用要求㊂美国康宁公司生产的vision®产品也是透明低膨胀β-石英固溶体微晶玻璃,耐热温度高达800ħ且能承受480ħ的冷热温差㊂但是,β-石英固溶体本征模量和本征硬度较低,无法满足深海探测材料等高端装备的要求㊂与β-石英固溶体微晶玻璃相比,β-锂辉石微晶玻璃光学性能较差,但其热膨胀系数低,抗热震性能较好,目前常应用于建筑㊁炊具面板等㊂而β-锂霞石晶体c轴表现出强烈的负膨胀性,使得含有大量β-锂霞石晶体的微晶玻璃在宏观上的热膨胀系数很低,甚至出现了负膨胀的现象[15]㊂美国康宁公司生产的Pyroceram®9606是以β-锂霞石为主晶相的微晶玻璃,密度低且耐1000ħ高温,美国航天局NASA采用此材料制造轻量化且满足相应热学和力学性能要求的零部件㊂β-锂霞石微晶玻璃的热膨胀系数较低,但其整体力学性能较差,兼具低膨胀系数和高力学性能的β-锂霞石微晶玻璃的制备将成为未来研究的重点㊂综上所述,玻璃的基本组成成分对LAS玻璃的主要析出晶相及性能有重要影响,若玻璃成分设计不理想则容易导致玻璃失透或玻璃力学性能达不到设计要求㊂例如,当配方中Li2O含量升高时,晶化容易析出β-石英固溶体晶体和β-锂霞石晶体,微晶玻璃光学性能提高,但力学性能大大下降;当Li2O含量减少时,β-锂辉石析出作为主晶相,微晶玻璃的力学性能增强但透明度大大降低㊂1184㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷因此,需要在精准设计玻璃成分的基础上制备高模量高铝低锂微晶玻璃㊂尽管许多学者研究了微晶玻璃各个组成成分对玻璃结晶行为及对玻璃微观结构的影响,但不同的成分及含量在不同的微晶玻璃组成体系中发挥的作用并不相同,导致目前仍需通过大量的实验筛选来优化微晶玻璃的配方㊂因此,在未来的研究中有必要建立一个行之有效的理论模型来指导微晶玻璃的成分设计,制备出兼具高模量㊁高强度和高透明度的LAS系微晶玻璃,以满足如移动电子设备屏幕用玻璃㊁汽车玻璃㊁装甲车防弹玻璃㊁军用望远镜材料和深海装备视窗材料等民用和军用领域的需求㊂表1㊀高铝低锂微晶玻璃的主要组成[16]Table1㊀Main composition of high alumina and low lithium glass-ceramics[16]Material Mass fraction/%SiO2Al2O3Li2O K2O ZnO Na2O P2O5β-quartz solid solution GC55.4~68.819.2~25.4 2.7~4.50.1~0.6 1.0~1.50.2~0.6 1.0~7.2β-spodumene solid solution GC65.7~72.519.2~22.5 2.8~5.00.2~0.3 1.00.4~0.5 1.0β-lithium nepheline solid solution GC61.0~64.025.0~27.2 5.1~7.00.2~1.0 1.0~2.02㊀LAS系微晶玻璃的制备方法LAS系微晶玻璃的制备方法有很多,主要有整体析晶法㊁烧结法㊁溶胶-凝胶法㊁高分子网络凝胶法等㊂2.1㊀整体析晶法整体析晶法又称熔融法,基础玻璃与传统玻璃生产相同,经过高温熔融制备,然后通过一定的热处理程序进行核化和晶化得到微晶玻璃㊂整体析晶法工艺流程如图3所示㊂首先将玻璃的主要原料㊁辅助原料(澄清剂㊁助溶剂㊁着色剂㊁氧化剂等)和一定量的晶核剂均匀混合,于高温下熔融㊁澄清均化并调节到玻璃的成形温度后,采用压延㊁压制㊁吹制㊁拉制㊁浇铸㊁浮法等任意一种传统玻璃的成型方法使玻璃液成型㊂然后,经退火消除玻璃内部热应力,得到基础玻璃㊂通过热分析手段获得玻璃化转变温度T g㊁析晶温度T p等特征温度,然后制定合理的热处理程序使基础玻璃晶化和核化,得到微观结构良好的微晶玻璃㊂图3㊀整体析晶法工艺流程[17]Fig.3㊀Process flow of integral crystallization method[17]热处理是整体析晶法的关键,对微晶玻璃中晶体的类型㊁大小㊁体积分数和分布都有影响㊂制定合理的热处理程序需要确定成核温度㊁核化时间㊁析晶温度和晶化时间,最佳成核温度一般选在T g~T g+50ħ,最佳析晶温度选在结晶峰开始温度和结束温度之间,而最佳核化时间和晶化时间需要通过试验和表征确定㊂热处理可分为一步热处理法和两步热处理法,一步热处理法是在析晶温度下保温一定时间,成核和结晶在基础玻璃中同时进行的方法,具有处理时间短㊁工艺简单等优点,但由于晶核析出之后就开始生长,最后得到的微晶玻璃制品结晶度低,晶体尺寸较大㊂两步热处理法是先将基础玻璃在成核温度下保存一定时间,使玻璃中析出大量细小的晶核,然后再将玻璃在析晶温度下处理,使晶体充分生长㊂楼贤春等[18]探究了热处理程序对LAS系微晶玻璃热膨胀和强度的影响,结果表明LAS系微晶玻璃热膨胀受晶化温度和晶化时间的影响较大,而强度则主要受晶化温度和核化时间的影响,最终确定最佳热处理工艺,得到主晶相为β-石英的零膨胀高透明度LAS系微晶玻璃㊂Xiao等[19]研究了析晶温度对含P2O5的LAS系微晶玻璃晶相衍变㊁微观结构和热膨胀系数的影响㊂当析晶温度较低时,主晶相为硅锂石,热膨胀系数较小;随热处理温度升高,β-锂辉石析出成为主晶相,热膨胀系数增大;析晶温度升高会使LAS系微晶玻璃中的晶体粗化㊂整体析晶法的一大优势就是可以利用任意一种传统玻璃的成型方法使玻璃液成型,包括压制法㊁压延法和浇铸法等[20]㊂其中,压制法是将熔制好的玻璃液注入成型模具中,使玻璃液在压力与摩擦力的作用下均匀地填充在上模具㊁模环和成型模具之间㊂使用压制法制备微晶玻璃的一个典型案例是美国康宁公司生产第4期任贝贝等:Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究进展1185㊀的Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃厨具㊂压延法是将合格的玻璃液在辊间或者辊板间压延成平板状玻璃,美国康宁公司利用压延法制备了Li2O-Al2O3-SiO2系低膨胀微晶玻璃电磁炉面板㊂浇铸法是将合格的玻璃液浇铸到预热好的金属模具中,待金属液冷却成型后脱模㊁退火得到基础玻璃,主要用于制备片状㊁块状或柱状等形状简单的玻璃[16]㊂日本小原㊁国内光明光电的 飞鸟 都是采用浇铸法制备㊂这三种成型工艺各有利弊,对比如表2所示㊂表2㊀整体析晶法中不同玻璃成型工艺对比[20]Table2㊀Comparison of different glass forming processes in integral crystallization method[20]成型方法压制法压延法浇铸法优势①形状准确;②工艺简单;③生产能力高①适合生产平板玻璃,不需要进行整形㊁切割工序,生产效率高,生产成本低;②对不同微晶玻璃品种的适应性广,玻璃被压辊急冷成型,可以阻止玻璃析晶①熔化炉小,可灵活调整玻璃品种;②采用光学玻璃工艺生产,玻璃质量高;③成型过程中几乎无凉玻璃滞留,不易析晶劣势①不能制备下阔上狭的玻璃制品,否则上模具无法取出;②不能生产薄壁和内腔在垂直方向长的制品;③制品表面不光滑,常有斑点和模缝①压延成型后玻璃表面粗糙,要进行研磨㊁抛光等后续处理工序;②进入压延机前玻璃在供料口边部或底部容易形成滞留低温区玻璃,容易析晶①生产规模小,产能低;②需进行整形㊁切割㊁研磨㊁抛光等多项后续处理工序,物料损耗大,生产效率低,生产成本高浮法工艺也是一种高温熔融析晶方法,具有能耗低㊁产量高㊁质量优等特点,是生产高铝和平板微晶玻璃的主流工艺方法㊂制备过程为:熔融的玻璃液从池窑连续流入充有保护气体(N2及H2)的锡槽内并漂浮在金属锡液面上,在重力和表面张力的作用下,摊成厚度均匀㊁平整㊁抛光的玻璃带,冷却硬化后脱离金属液,再经退火㊁晶化㊁切割得到浮法微晶玻璃产品㊂目前,海南大学姜宏教授团队围绕浮法玻璃进行了诸多研究,包括全氧燃烧技术㊁熔化过程控制技术㊁玻璃熔窑的设计㊁浮法表面发朦原因及解决策略等,不断优化浮法玻璃生产工艺,获得了诸多成果[21-24],但是通过浮法生产LAS系微晶玻璃还有许多问题需要解决㊂比如LAS系微晶玻璃黏度大,熔融温度高,需要加入碱金属氧化物或碱土金属氧化物作为助熔剂来降低LAS玻璃的熔融温度和黏度,但碱金属氧化物/碱土金属氧化物的引入会带来热膨胀系数增大㊁强度降低等问题㊂谢军等[25]探究了不同CeO2含量对浮法LAS系微晶玻璃黏度和结构的影响,结果表明:当CeO2含量较低时, CeO2作为玻璃网络修饰体会破坏玻璃网络结构,降低玻璃黏度;当CeO2含量较高时,会造成较大的局部键力,增强玻璃网络结构㊂Zheng等[26]探究了不同含量的氟离子对LAS系微晶玻璃黏度和结晶行为的影响㊂结果发现,由于相似的半径,氟离子可以取代桥氧离子后玻璃网络聚合度降低,从而使玻璃黏度和熔融温度降低,满足浮法的工艺条件㊂同时,氟离子可以促进相分离,降低结晶活化能,促进结晶,得到主晶相为β-锂辉石的LAS系微晶玻璃㊂中国晶牛集团自主研发了具有极低热膨胀㊁高透明度㊁优异机械性能和化学稳定性的浮法LAS系微晶玻璃,建成了世界首条浮法透明航天微晶玻璃生产线,填补了世界浮法微晶玻璃的空白㊂然而,需要认清目前国内浮法LAS系微晶玻璃仍处于探索阶段,虽然已经取得了一些研究成果,但要实现规模化生产还面临许多问题㊂不过可以肯定,浮法仍是今后LAS系微晶玻璃生产工艺发展的一个重要方向㊂综上,整体析晶法能够保证成核和晶体生长在玻璃内部均匀发生,得到的微晶玻璃孔隙率较低,致密性好㊂但随着高铝低锂微晶玻璃应用领域的扩展,在利用整体析晶法制备LAS系微晶玻璃的过程中,还存在着析晶过程及微晶玻璃结构调控机制与方法不明㊁熔融温度高㊁澄清和均化困难等技术问题㊂在未来的研究中,可重点关注以下研究方向:微晶玻璃熔化过程中温度场与玻璃性能之间的关系;电极加热和火焰加热等加热方式相互耦合与匹配对玻璃液澄清及均化的影响;如何利用计算机技术构建熔化模型,建立玻璃熔制过程中动力学和热力学方程;研究玻璃熔化场景中的玻璃黏度㊁表面张力㊁玻璃成分分相及偏析行为等等㊂最终,制备出兼具高模量㊁高强度和高透明度的LAS系微晶玻璃㊂2.2㊀烧结法烧结法一般不需要加入晶核剂,得到的是表面析晶的微晶玻璃㊂其基本工艺为:原料混合均匀后进行高温熔融,玻璃液澄清均化后倒入冷水中水淬,干燥㊁粉碎,得到一定颗粒大小的玻璃熔块,根据玻璃的成型方法确定玻璃颗粒的粒度范围㊂之后,对成型玻璃进行光学膨胀分析,得到适宜的烧结温度,烧结晶化㊁退火后即可得到微晶玻璃(图4)㊂烧结法可分为玻璃粉末的烧结和玻璃颗粒的烧结,LAS系微晶玻璃常采用粉末1186㊀ 玻璃材料与玻璃技术 专题(II)硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷烧结法㊂玻璃粉末的粒度对微晶玻璃的微观结构和性能有很大的影响㊂若粉末太小,析晶温度低于烧结温度,晶体的析出会影响颗粒迁移和玻璃相流动,使烧结致密过程恶化,得到的微晶玻璃孔隙率偏大;若粉末太粗,最后得到的微晶玻璃晶体尺寸大且分布不均,所以要严格控制玻璃粉末的粒度㊂玻璃粉末成型时,大都采用压制成型的方法,压制压力也对微晶玻璃制品有一定的影响㊂Figueira等[27]用粉末烧结法制备LAS系微晶玻璃时,发现压制成型时压力越大,最后得到的微晶玻璃致密性越好㊂图4㊀烧结法制备微晶玻璃流程图[17]Fig.4㊀Process flow chart of preparing glass-ceramics by sintering[17]烧结法与整体析晶法相比,烧结温度低且耗时较短,但因为烧结法的结晶机理是表面结晶,表面晶体与内部玻璃相密度相差较大会造成失配,导致制备的微晶玻璃孔隙率更高㊂孔隙形成机理如图5所示,在烧结过程中,孔隙沿着晶体生长方向扩展,晶体析出会增加玻璃黏度,导致内部残余玻璃相无法及时填充孔隙,微晶玻璃致密性恶化,孔隙率增大,对微晶玻璃制品的力学性能不利㊂解决方法是在玻璃结晶之前通过热处理使玻璃达到较高的致密化程度,最佳热处理条件需要研究者进行大量探索㊂此外,基础组成成分㊁烧结温度㊁烧结时间等因素都会对微晶玻璃制品的性能产生很大影响㊂Soares等[28]通过调配组成成分,获得了具有低热膨胀(0.34ˑ10-6K-1)和高烧结性能(孔隙率仅为(0.4ʃ0.1)%)的LAS系微晶玻璃㊂Lutpi等[29]探究了不同烧结时间下LAS系微晶玻璃的烧结行为,结果表明,延长烧结时间对LAS系微晶玻璃的微观结构有显著影响,烧结3.5h的LAS微晶玻璃,孔隙率降低,结晶率增加,具有较强的抗热冲击能力㊂目前,工业上常以高炉渣㊁粉煤灰等工业废料和矿物为原料,利用烧结法制备微晶玻璃,以达到保护环境㊁节约资源的目的㊂然而,由于影响因素众多且生产的微晶玻璃产品可能存在孔隙,产品的光学性能和力学性能有所降低,所以烧结法制备的微晶玻璃目前常应用于建筑装饰,尚未涉及航空航天㊁微电子㊁国防尖端技术等应用领域㊂图5㊀孔隙形成机理[30]Fig.5㊀Pore formation mechanism[30]第4期任贝贝等:Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究进展1187㊀2.3㊀溶胶-凝胶法LAS系微晶玻璃黏度高,导致熔融温度和加工温度非常高,所以低温制备LAS系微晶玻璃已经成为一个热门话题,溶胶-凝胶法被认为是低温制备LAS系微晶玻璃最有潜力的方法之一㊂Wang等[31]采用溶胶-凝胶法制备了LAS系微晶玻璃,相比于1600ħ传统熔融结晶法,此法在1200ħ下便可完成㊂溶胶-凝胶法制备微晶玻璃的过程如图6所示,将金属有机物或无机化合物作为前驱体,与水㊁醇等充分混合形成溶液,通过水解和缩合反应,形成稳定的透明溶胶体系,溶胶陈化后,胶粒缓慢聚合,形成以无机物或金属醇盐为骨架的三维空间网络结构的凝胶[32],随后通过干燥㊁成型㊁晶化等步骤得到微晶玻璃㊂Xiao等[33]采用溶胶-凝胶法和粉末压制成型工艺,成功制备了含0%~10%(质量分数)P2O5的LAS系微晶玻璃㊂试验过程中烧结温度为950ħ,远低于整体析晶和烧结工艺,且β-锂辉石是唯一的晶相,微晶玻璃制品在25~700ħ有很低的热膨胀系数㊂除低温外,溶胶-凝胶法制备微晶玻璃过程中可按照原料配比析出高纯度晶相,但微晶玻璃氧化物原料成分对析晶性能有很大影响㊂夏龙等[34]采用溶胶-凝胶法制备LAS系微晶玻璃,发现微晶玻璃完全按照原料配方㊁化学计量比生成了β-锂辉石LAS微晶玻璃㊂Chatterjee等[35]以正硅酸乙酯(TEOS)㊁气相二氧化硅和稻壳灰三种不同来源的二氧化硅为原料,采用溶胶-凝胶法制备了LAS粉体,并研究了它们对粉体性能的影响㊂结果表明,与稻壳灰硅源相比,TEOS和气相硅源下β-辉闪石和β-锂辉石的结晶速度更快㊂溶胶-凝胶法虽然具有温度低㊁纯度高㊁耗时短等诸多优点,但仍然存在许多问题尚未解决,如前驱体成本高㊁后期热处理时间长㊁制品收缩大㊁易变形等,若采用金属醇盐作为原料还会对环境造成污染[36]㊂上述问题在一定程度上限制了溶胶-凝胶法的工业普及㊂图6㊀溶胶-凝胶法工艺流程图[17]Fig.6㊀Process flow chart of sol-gel method[17]2.4㊀高分子网络凝胶法高分子网络凝胶法以无机盐水溶液作为原料,通过丙烯酰胺自由基发生聚合反应以及N,N-亚甲基双丙烯酰胺交联反应,高分子链被连接起来构成网络从而形成凝胶[37],高分子网络凝胶法工艺流程如图7所示㊂吴松全等[38-39]利用高分子网络凝胶法制备出LAS系微晶玻璃超细粉体,并探究了ZrO2对高分子网络凝胶法制备的LAS系微晶玻璃析晶行为的影响㊂结果表明,随着ZrO2含量增加,析晶活化能降低,β-石英固溶体析出,析晶速率降低,阻碍了β-石英固溶体向β-锂辉石的转化㊂李亚娟等[39]探究了Y2O3对高分子网络凝胶法制备的LAS系微晶玻璃性能的影响,结果表明Y2O3掺杂会促进β-石英固溶体向β-锂辉石的转变且起到细化晶粒的作用,但Y2O3掺杂也会使LAS系微晶玻璃的热膨胀系数增大㊂贾鹏等[40]通过加入TiO2调节高分子网络凝胶法制备的LAS系微晶玻璃的析晶性能,结果表明,TiO2可以降低析晶活化能,细化晶粒㊂因此,高分子网络凝胶法具有原料简单㊁合成速度快㊁产物纯度高等显著优势㊂但与此同时,高分子网络凝胶法仍存在化学试剂用量大以及聚合温度较难精确控制等问题[41],此外,晶核剂对高分子网络凝胶法制备的LAS系微晶玻璃析晶行为和性能的影响及其机理尚不清晰,这也是今后高分子网络凝胶法制备LAS系微晶玻璃的一个重要研究方向㊂综上,传统整体析晶法和烧结法制备的LAS系微晶玻璃产品质量好,但制备过程中所需温度较高,能耗大,对玻璃熔窑要求高;新兴的溶胶-凝胶法和高分子网络凝胶法制备条件较温和,但存在对环境污染大㊁微晶玻璃制品易收缩变形等缺点,尚未有工业化的迹象㊂因此未来不仅需要探索开发LAS系微晶玻璃生产新。
微晶玻璃晶体析出原理
微晶玻璃晶体析出原理1. 引言1.1 微晶玻璃晶体析出原理简介微晶玻璃是一种具有微米尺度晶粒大小的玻璃材料,其晶体析出原理是指在适当条件下,玻璃原料中所含的各种元素以一定的方式结合,形成微小晶核,并逐渐长大形成晶体结构。
微晶玻璃在工艺制备和性能方面有诸多优点,因此受到广泛关注。
微晶玻璃晶体析出过程主要包括两个阶段:核心形成和晶体生长。
在核心形成阶段,原料中的元素逐渐聚集形成微小晶核;而在晶体生长阶段,这些微小晶核会逐渐长大,形成完整的晶体结构。
这一过程受到析出条件的影响,如温度、压力、成分比例等因素都会对晶体析出起到重要作用。
通过深入研究微晶玻璃晶体析出原理,我们能够更好地掌握其制备工艺和性能调控方法,从而为其在各个领域的应用提供更广阔的空间。
随着材料科学的不断发展,微晶玻璃的应用价值也将逐渐得到充分挖掘,为人类社会的发展做出更大的贡献。
1.2 微晶玻璃的应用价值微晶玻璃还可以用于制作生物医学器件,如生物芯片、显微镜片和医用光学器械等。
微晶玻璃具有良好的生物相容性和化学稳定性,可以避免对人体造成损害,并能有效保护生物样品不受污染,因此在生物医学领域具有广泛的应用前景。
微晶玻璃还可以用于制作电子器件,如光纤通信器件、传感器和显示屏等。
微晶玻璃具有优异的电气性能和热稳定性,能够有效改善电子器件的性能,并且具有较高的抗辐射能力,因此在电子领域有着广泛的应用前景。
微晶玻璃具有很高的应用价值,不仅可以在光学、生物医学和电子领域发挥重要作用,还有着很多潜在的应用领域等待挖掘和开发。
【2000字】2. 正文2.1 微晶玻璃晶体的形成过程微晶玻璃晶体的形成过程是一个复杂而精细的过程,通常包括以下几个主要步骤:1. 初期析出阶段:在溶液中存在着过饱和度,微晶玻璃的成核是在这个阶段发生的。
原子或分子聚集形成起始核,并开始生长。
在这个阶段,克服活化能是最困难的部分,也是形成晶核的关键。
2. 晶核生长阶段:晶核在溶液中沉积周围的离子或分子,晶体的生长逐渐扩展到整个颗粒。
微晶玻璃特点及应用
微晶玻璃特点及应用微晶玻璃是一种新型玻璃材料,具有许多独特的特点和广泛的应用。
下面将详细介绍微晶玻璃的特点以及应用。
微晶玻璃具有以下特点:1.高机械强度:微晶玻璃具有高硬度和强度,比普通玻璃更耐磨损,更不容易破碎。
2.超低温热膨胀系数:微晶玻璃的热膨胀系数非常低,可以在极端温度条件下仍然保持稳定。
3.优异的光学性能:微晶玻璃具有优异的透光性,可用于光学领域的高清透光窗,具有良好的平整度和清晰度。
4.优良的化学稳定性:微晶玻璃具有优异的抗酸碱性和化学稳定性,不易受到化学物质的侵蚀。
5.良好的热稳定性:微晶玻璃在高温条件下能够保持稳定,不易被热传导和热辐射。
6.可加工性强:微晶玻璃可以通过冷加工、热加工和化学加工等多种方法进行加工,可切割、打磨、磨削等,加工性能极佳。
7.防辐射性能好:微晶玻璃对电磁辐射、紫外线和其他有害辐射具有较好的屏蔽和防护效果。
微晶玻璃的应用十分广泛,下面将详细介绍几个主要的应用领域:1.光学技术领域:由于微晶玻璃具有良好的光学性能,可以广泛应用于光学仪器、光学系统和光学器件等领域。
例如,微晶玻璃可以用于高清晰摄像头的镜头保护膜,可以提供更加清晰、透光度更高的成像效果。
2.医疗领域:微晶玻璃具有优良的生物相容性,不会对人体产生刺激和毒性,因此广泛应用于医疗器械、医用耗材和生物芯片等领域。
例如,微晶玻璃可以用于人工关节、植入式医疗器械、光学传感器等医疗器械。
3.汽车工业:由于微晶玻璃具有高强度和耐磨损性,可以广泛应用于汽车领域。
例如,微晶玻璃可以用于汽车前挡风玻璃和侧窗玻璃,提供良好的视野和安全性能。
4.通信领域:微晶玻璃具有优异的抗辐射性能和低损耗特性,可以广泛应用于通信设备和光纤通信系统中。
例如,微晶玻璃可以用于通信光纤的保护层和连接器,提供更好的信号传输和稳定性能。
5.建筑装饰领域:由于微晶玻璃具有优秀的透光性和耐候性,可以应用于建筑装饰领域。
例如,微晶玻璃可以用于建筑物外墙、天窗和幕墙等,提供高透光度的装饰效果。
硼硅酸盐微晶玻璃析晶动力学及其应用研究
应用场景
应用场景
硼硅酸盐微晶玻璃析晶动力学在多个领域具有重要应用价值。例如,在光学 领域,通过控制析晶过程可以制备具有特定光学性能的微晶玻璃,如激光器、光 放大器和全息存储等。在电子领域,硼硅酸盐微晶玻璃可用于制造高性能的半导 体器件和集成电路,提高设备的稳定性和可靠性。此外,在航空航天领域,硼硅 酸盐微晶玻璃可用于制造高温隔热材料和结构材料,提高设备的性能和安全性。
粉煤灰制备微晶玻璃的组成设计与性能调控
在性能调控方面,除了组成设计之外,制备工艺对微晶玻璃的性能也有重要 影响。例如,通过控制熔融温度、熔融时间、冷却速度等参数,可以调整微晶玻 璃的微观结构和性能。此外,在制备过程中加入表面活性剂等添加剂,可以有效 改善微晶玻璃的表面性质和加工性能。
粉煤灰制备微晶玻璃的应用前景 与挑战
参考内容
引言
引言
微晶玻璃是一种具有优异性能的材料,其析晶特性及显微结构对材料的物理 和化学性能有着重要影响。其中,低温烧结BaOAl2O3SiO2系微晶玻璃由于其独特 的组成和性质,引起了研究者的广泛。本次演示将重点探讨低温烧结 BaOAl2O3SiO2系微晶玻璃的析晶特性及其应用研究的重要性和价值。
结论
本次演示对粉煤灰制备微晶玻璃的研究进展进行了综述。主要介绍了粉煤灰 制备微晶玻璃的方法与工艺、组成设计与性能调控以及应用前景与挑战。目前, 粉煤灰制备微晶玻璃的研究取得了一定的进展,但仍存在一些不足和挑战。未来 需要进一步深入研究粉煤灰制备微晶玻璃的制备工艺、组成设计和应用领域等方 面的问题,为实现其高效、环保和可持续发展提供有力支持。
粉煤灰制备微晶玻璃的方法与工艺
粉煤灰制备微晶玻璃的主要方法包括固相反应法、热处理法和感应熔融法等。 其中,固相反应法是最常用的方法之一。首先,将粉煤灰进行预处理,如洗涤、 干燥等,然后与其它原料按一定比例混合,在高温下进行反应生成微晶玻璃。热 处理法是将粉煤灰与其它原料混合后,在高温炉中加热至熔融状态,然后进行热 处理,促使玻璃相析出并结晶。
关于微晶玻璃的制备工艺及应用探讨
建材发展导向2018年第18期981 微晶玻璃的制备工艺目前,微晶玻璃的制备工艺主要包括三种,分别是在熔融法的基础上对玻璃进行热处理,所得到的微晶玻璃方法叫做熔融法;通过溶胶-凝胶法,利用干凝胶对玻璃进行热处理,所得到的微晶玻璃方法叫做溶胶-凝胶法;通过对原料进行混压、干燥,得到的微晶玻璃方法叫做烧结法。
1.1 熔融法制作微晶玻璃最早的方法是熔融法,该方法一直沿用至今,各种生产玻璃的方法如压延法、浮法等都可以生产微晶玻璃。
熔融法要求基础玻璃具备析晶能力,一般情况下,将适当的形核剂加入到玻璃原料中,混合均匀后在1400~1600℃高温下熔制成型,这样当对玻璃进行退火,玻璃完成形核持续加温,最终使晶核转化为微晶体。
通过熔融法制作微晶玻璃,一般都要经过形核和晶化这两个步骤。
但有些析晶能力比较强的玻璃在加热阶段就能够完成核化,这种情况下,将其加热至晶化温度便能得到微晶玻璃。
对于给定成分的玻璃选择合适的晶核剂非常重要。
贵金属、贵金属氧化物、硫化物、氟化物等都可以作为制备过程中的晶核剂。
晶核剂要具备这几点性能之一:其一,在玻璃熔融过程中具有分散性高,能诱导主晶相的异相成核。
其二,促进基础玻璃行程亚稳分相,降低晶核形成的壁垒。
其三,具有两种价态的氧化物,如V 2O 5、Fe 2O 3、Cr 2O 3等,可以成为价电子的接受者,使得玻璃中的能量产生变化引发核化。
1.2 溶胶-凝胶法相关学者对于溶胶-凝胶法的研究起步较晚,因此这种方式在制备微晶玻璃中并不常见。
溶胶-凝胶法从金属的有机化合物溶液出发,在溶液中通过化合物的水解、聚合,把溶液制成溶于金属氧化物或氢氧化物为粒子的溶液,进一步反应使之凝胶化,对凝胶进行干燥处理进而得到干凝胶,再将其通过热处理,使之成为预想的固体材料。
1.3 烧结法烧结法属于传统制作方法,最早是在1962年提出的,其制作工艺类似陶瓷的制作工艺。
具体工艺流程是:配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→成形→烧结→加工。
超低膨胀微晶玻璃应用及发展现状
超低膨胀微晶玻璃应用及发展现状一、引言超低膨胀微晶玻璃作为一种新型的玻璃材料,近年来在各个领域都得到了广泛的应用与发展。
它具有超低的热膨胀系数、优异的化学稳定性和优良的光学性能,因此在光学、电子、医疗等行业有着广泛的用途。
本文将从不同领域对超低膨胀微晶玻璃的应用及发展现状进行详细的探讨,希望能够为读者提供一份全面的了解。
二、超低膨胀微晶玻璃在光学领域的应用在光学领域,超低膨胀微晶玻璃以其出色的光学性能受到了广泛的关注。
其超低的热膨胀系数使其在制作光学元件时能够减小由热胀冷缩引起的光学偏差,所以被广泛应用于激光器、天文望远镜等高精密光学系统中。
在激光器中,超低膨胀微晶玻璃材料可以保证激光器的稳定性和精准度,更好地发挥激光器的功效。
在天文望远镜中,超低膨胀微晶玻璃材料的应用,则能够保证望远镜的高分辨率和稳定性,更好地观测天体。
三、超低膨胀微晶玻璃在电子领域的应用超低膨胀微晶玻璃在电子领域也具有重要的应用价值。
由于其优异的化学稳定性,超低膨胀微晶玻璃被广泛应用于制作高性能的集成电路基板、半导体封装材料等。
在集成电路领域,超低膨胀微晶玻璃可以作为基板材料,能够有效地提高集成电路的稳定性和可靠性。
在半导体封装材料方面,超低膨胀微晶玻璃的应用可以有效地提高半导体封装的质量和效率,更好地保护半导体元件。
四、超低膨胀微晶玻璃在医疗领域的应用在医疗领域,超低膨胀微晶玻璃也有着重要的应用价值。
其具有优异的生物相容性和化学稳定性,因此被广泛应用于医疗器械、生物传感器等医疗设备中。
在医用光学设备中,超低膨胀微晶玻璃材料可以用于制作高清晰度的医疗显微镜、内窥镜等医疗器械,更好地帮助医生进行诊断和治疗。
在生物传感器中,超低膨胀微晶玻璃可以作为传感器材料,能够提高传感器的灵敏度和稳定性,更好地检测生物信息。
五、发展趋势及展望随着科技的不断发展以及人们对高精密、高稳定性材料需求的提升,超低膨胀微晶玻璃必将在更多领域得到应用。
未来,随着制备工艺的不断改进和创新,超低膨胀微晶玻璃的性能将不断提升,应用领域也将不断扩展。
微晶玻璃的应用
微晶玻璃的应用
微晶玻璃又称微晶石英玻璃,是一种高科技陶瓷材料,由于其具有高硬度、高耐磨、高抗压、高耐热、高化学稳定性、高透明性、低热膨胀系数、低热导率等优异的物理和化学性能,因此可以应用于许多重要的领域和应用,例如:
1. 电子领域:微晶玻璃可以应用于电子元件和电路板的制造中,例如用作基板,在半导体工业中的制造微芯片、液晶显示器、LED元件等。
2. 光学领域:微晶玻璃的优异透明性使其可以应用于光学领域中,例如汽车前挡风玻璃、照明器具、激光器件、光学器件、光学仪器等。
3. 医药领域:由于微晶玻璃具有良好的化学稳定性和生物相容性,因此可以应用于医疗设备和医药领域,例如作为人工关节、牙科修复、药品包装等。
4. 机械制造和航空领域:微晶玻璃的高硬度和高耐磨性是其他材料所不能比拟的,因此可以应用于机械制造和航空领域中,例如用作磨具、磨料、高速切削刀具等。
5. 太阳能电池领域:由于微晶玻璃具有低热膨胀系数和低热导率,可以应用于太阳能电池板的制造中,提高太阳能电池板的效率。
总之,微晶玻璃具有许多优异的物理和化学性能,可以应用于各个领域,成为未来高科技的主流材料之一。
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析 晶 、增加板面光泽度等作用 。鉴于氧化锌的以上作用 ,
考 虑 用 同它 具 有近 似 作 用 的氧化 物 等量 替 代 。 经过 在元 素周期 表中 的筛选 ,确定 了两种替 代氧化 物 —— B o和 s0 a r :B 0能加 速 玻 璃 熔 化 ,促 进 析 晶 ,且 a 能 增 加 玻 璃 折 射 率 、光 泽 度 和 化 学稳 定 性 ,SO除 具 有 与 r Ba O的 类 似 作 用 外 ,对 玻 璃 膨 张 系数 的 影 响 介 于 Z O 与 n
晶 化 曲 线 的设 定 :0 8 0C,升 温 速 率 2  ̄ / n - 5 ̄ 0 mi ;到
8 ocM 保 温 05 ;8 0C- 6  ̄ 5o .h 5  ̄ 9 0C,升 温 速 率 2  ̄ mi ; 0C/ n
到 90 时 保 温 l ;9 0C一 0C,升 温 速 率2  ̄ / n 6℃ h 6 ̄ 10 ̄ 1 0C mi ;
12熔 化 、 晶 化 试 验 . 1 . 础 玻 璃 的 熔 制 . 1基 2
按 表1 的配 比 计 算 其 原料 用量 ,各 配方 称 量 配 合 料 60 0
1试 验
11配 比设 计 .
克 ,充分混合均 匀,分别装入50 0 毫升的高铝坩埚 中;熔制 设备选用硅钼棒 电阻炉 ;温度为1 1 ̄ 5 0C;时间5 。熔带好 h l J 的玻璃 液在室温 ( 0C)下水淬成0 5 玻璃颗粒 ;各配 2 ̄ — mm 比 的熔化效 果见 表2 。将 芾得 的玻璃颗粒烘干 ,过 筛后取 f 』
收稿 日期 :2 1 — 3 2 020 —3
(REATE L VI G 居 业 7 : I N J 5
建筑材料与应 用 C ONS R TON MA E | S AND AP UC TON T UC I T RAL P A |
方 ,故 确 定 配 方 2 新基 础 配方 。基 础 配方 变 动 ,其 具 体 为
低 成本 微 晶玻璃 的研 究 与应 用
李 雪 赵 辉
( 5 19 山东 济 南 济 南鲍 德 炉 料有 限公 司 ) 20 0
【 要】 对微 晶玻璃 的原料成本 结构 ,以降成 本、稳性 能为 目标 ,对微 晶玻璃 的基础 配方进调整 ,同时摸 索新 摘 针
基础 配方的烧 成曲线 。
11 ̄ :表面 始失 透 。 10( 2
晶化温度点也必然变动 ,为更准确地掌握新配方 的晶化温
度 ,摸索 出对 应的 晶化 曲线 以 指导 生产 ,用配 方2 做晶 化 曲
④ 结论 :8 OC 7 。 为核化温度 ,需要短暂保温使核化完
全 ;8 0C一 9 ℃充 分 核 化阶 段 ,应 该 缓 慢升 温 ;9 0( 7 ̄ 9 0 9"— 2 1 5  ̄析 晶阶 段 , 15 —11 R 是 晶体 长 大 阶 段 ,这 两 过 0 0( 2 0 0 10 E
成 本 的 目的 。
B O、SO添加量的选择 :少量的B o能加速玻璃的熔化 , a r a 且有促进析 晶的作用 ,但添加量过 多时 ,反而使玻璃液澄
清 困 难 ,且析 晶量 增 加 ,晶体 过分 长 大 ,影 响 微 晶玻 璃 的 结 构 稳 定 性 ;SO添 加 过 多会 增 加 玻 璃 液 的高 温 粘 度 ,导 r 致 水 淬 工艺 难 以操 作 。根 据 以 上理 论 分 析 .最 终确 定 了 试 验 的 四个 配 比 ,其 中O≠ 方 是原 基础 配方 。 ≠ 配
卜 2 m粒 度 料 ,每 2克 装 入小 瓷 舟若 干 ,待 晶化 。 m 5
122 化 处 理 -.晶
以 B一 灰 石 为 主 晶 相 的 Ca A1 SO 系 统 微 晶 硅 O— 3 i O-
玻 璃…的主要成 分为 SO I i 、A 2 、Ca O O、Z O 、B O、 n a
10 ̄ 10C,保 温 1 。 各配 比 的晶化 效 果 见 表 3。 h
1 l 确 晶化参数 的确定 _3 2精
通 过 对 比 ,配 方 2 熔 化 、晶 化 效 果 优 于 其 他 3 配 的 个
B O之间 ,能缓解B o增加量对玻璃体 系膨帐系数的影响 。 a a
表 1 试 验 配 方 表
程基 本 同 时进行 。
线摸索 ,具体步骤如下 。 ① 将配方2 水淬后的玻璃料装入若干小瓷舟中 ,同时
放 入设 置 好温 度程 序 的梯 度 炉 内 ;
② 以2 ̄ Βιβλιοθήκη i为升温速度 ,从7 0 0 C/ n 5 ̄ C开始每隔1 { 0 C保
温 l ;b 8oc 每 隔2 R保 温 l ;每 次保 温结 束 后取 出 一 h L 5 ̄起 0: 2 h
[ 键 词】 晶玻 璃 ; 低 成 本 ; 氧 化 锌 关 微
【 中图 分类 号】 O1 17 + ;T 16 1 T 3 3 Q1 .+ 7 7 2 【 文献 标 志码 ] A 【 章 编号 】 0 — 2 2 1 一 4 0 7 — 2 文 1 3 1 4( 0 0 3 2) 0 — 0 5 0
建 筑 用 微 晶 玻 璃 是 以 p一 灰 石 为 主 晶 相 的 Ca 硅 O— A - i 系统 微 晶 玻璃 。它 的主 要 成 分 为 SO 、A 、 1 o,SO: i 1 O c O、Z O、B O 、NaO,其 中Z O起 着助 熔 、降低 体 系 a n a 。 n 膨 胀 系数 、促进 析 晶 、增 加 扳面 光 泽 度 等 作 用 ,用 量在 7 % 左 右 ,成 本 却 占总 原料 成 本 的7 %。我们 从 Z O在 微 晶玻 璃 0 n 微 观 结 构 中 的作 用 着 手 研 究 ,设 计 了 低 锌微 晶玻 璃 配 方 , 降 低 了Zn 配 方 中 的比 例 ,从 而 达 到 降 低 微 晶玻 璃 原 料 O在