氧化物陶瓷材料
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低膨胀陶瓷材料种类概览一、氧化物陶瓷材料1.氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷是一种具有极低热膨胀系数的陶瓷材料,常用于制作高精度工具和仪器。
它的高机械强度和化学稳定性使其在高温、高压和腐蚀性环境中表现出色。
2.氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是一种普遍使用的陶瓷材料,具有低膨胀系数、高硬度、高熔点和优异的绝缘性能。
它在电子和化工领域中广泛应用,如制作电子陶瓷基板、细线路板和传感器。
3.氧化锌陶瓷氧化锌陶瓷是一种常见的电子材料,具有良好的电学性能和低热膨胀系数。
它常用于制作热敏电阻、声波器件和气体传感器等。
4.氧化铈陶瓷氧化铈陶瓷是一种稀土陶瓷材料,具有低膨胀系数和良好的热稳定性。
它广泛应用于高温传感器、电容器和电介质材料等。
二、非氧化物陶瓷材料1.碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是一种具有极高硬度和低热膨胀系数的陶瓷材料,常用于高温、高压和耐腐蚀的环境中。
它的优异性能使其成为制造切割工具、油井泵轴承和电子封装材料的理想选择。
2.碳化硼陶瓷碳化硼陶瓷是一种具有极高硬度和优异耐磨性的陶瓷材料,广泛应用于高温和高速摩擦环境中。
它常用于制作刀具、轴承和磨料等。
3.碳化钛陶瓷碳化钛陶瓷是一种应力致密化陶瓷材料,具有低膨胀系数和高硬度。
它在高温和低温条件下都能发挥出色的性能,因此广泛应用于航空航天和电子领域。
4.碳化硼氮陶瓷碳化硼氮陶瓷是一种具有低膨胀系数、高硬度和优异耐热性的陶瓷材料。
它广泛应用于制作高温耐磨件、防弹材料和粉末冶金工具等。
综上所述,低膨胀陶瓷材料种类众多,其具有低热膨胀系数、高硬度和优异的耐热性能,可以在各个领域中发挥重要作用。
随着科技的不断进步,人们对低膨胀陶瓷材料的需求将会不断增长,相信未来将会涌现更多创新的低膨胀陶瓷材料。
陶瓷材料分类陶瓷材料是一种非金属材料,具有耐高温、耐腐蚀、绝缘、硬度高等特点,因此在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。
根据其成分和性质的不同,陶瓷材料可以分为多种类型,下面将对其进行分类介绍。
一、氧化物陶瓷。
氧化物陶瓷是指以金属氧化物为主要成分的陶瓷材料,如氧化铝、氧化锆、氧化硅等。
这类陶瓷具有高熔点、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特点,广泛应用于制陶、陶瓷工业、电子工业等领域。
二、非氧化物陶瓷。
非氧化物陶瓷是指以氮化硅、碳化硅、碳化硼等为主要成分的陶瓷材料。
这类陶瓷具有高硬度、高熔点、耐腐蚀、耐高温等特点,被广泛应用于航空航天、光电子、冶金等高新技术领域。
三、复合陶瓷。
复合陶瓷是指将两种或两种以上的陶瓷材料按一定比例混合而成的新型陶瓷材料,如氧化铝和氧化锆的复合陶瓷、氮化硅和碳化硅的复合陶瓷等。
这类陶瓷综合了各种陶瓷材料的优点,具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等特点,被广泛应用于机械制造、航空航天等领域。
四、结构陶瓷。
结构陶瓷是指以氧化铝、氧化锆、碳化硅等为主要成分的陶瓷材料,具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温等特点,被广泛应用于建筑、冶金、化工等领域。
五、生物陶瓷。
生物陶瓷是指以氧化铝、氧化锆、氮化硅等为主要成分的陶瓷材料,具有生物相容性好、不易引起排异反应等特点,被广泛应用于医疗器械、人工关节、牙科等领域。
六、其他陶瓷。
除了以上几种主要类型的陶瓷材料外,还有一些特殊用途的陶瓷材料,如电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷等。
这些陶瓷材料在电子、通讯、光学等领域有着重要的应用价值。
总结。
综上所述,陶瓷材料根据其成分和性质的不同可以分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷、复合陶瓷、结构陶瓷、生物陶瓷以及其他特殊用途的陶瓷。
每种类型的陶瓷材料都具有其独特的特点和应用领域,对于促进工业生产和提升生活质量都具有重要意义。
希望本文的介绍能够帮助大家更好地了解陶瓷材料的分类及应用。
氧化物陶瓷阳极
氧化物陶瓷阳极是一种常见的电化学材料,用于在电解池中作为阳极。
它由氧化物陶瓷材料制成,如铝氧化物(Al2O3)、锆氧化物(ZrO2)等。
这些材料具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性和导电性能,适用于各种电化学反应。
氧化物陶瓷阳极在电化学工艺中起到促进反应的作用。
它能够承受电流密度较大的条件下的氧化还原反应,并且具有较长的使用寿命。
氧化物陶瓷阳极通常具有良好的导电性,在电解液中形成电场,使得电解质中的离子迁移并参与反应。
同时,阳极表面的氧化层能够提供活性位点,加速反应速率。
氧化物陶瓷阳极广泛应用于电化学领域,例如金属电镀、电解水制氢、电解污水处理等。
在这些过程中,阳极的选择对反应效率和产品质量有着重要影响。
氧化物陶瓷阳极由于其稳定性和可控性而成为理想的选择。
总之,氧化物陶瓷阳极是一种重要的电化学材料,具有良好的耐腐蚀性、高温稳定性和导电性能,适用于各种电化学反应。
它在电镀、水制氢、污水处理等领域有广泛的应用前景。
氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷摘要:本文介绍了氧化铝陶瓷的结构、制备、性能及用途。
关键字:氧化铝陶瓷、Al2O3正文:一、氧化物陶瓷简介按照传统的分类方法,陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷(精细陶瓷),这两类陶瓷间没有严格的界限,有的陶瓷品种可以一种多用。
工业Al2O3,是由铝矾土(Al2O·3H20)和硬水铝石制备的,对于纯度要求高的Al2O3,一般用化学方法来制备。
电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000—2400℃熔融而制得,也称人造刚玉。
Al2O3有许多同质异晶体,目前已知的有10多种,主要有3种晶型,即Al2O3 、Al2O3 、Al2O3 。
其结构不同性质也不同,在1300℃以上的高温时几乎完全转化为Al2O3。
Al2O3属尖晶石型(立方)结构,氧原子呈立方密堆积,铝原子填充在间隙中,在高温下不稳定,力学性能、电学性能差,在自然界中不存在。
由于结构疏松,因此,也可用它来制造某些特殊用途的多孔材料。
Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。
它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示(RO指碱上金属氧化物,R2O指碱金属氧化物),其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]-层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成。
氧离子排列成立方密堆积,Na+完全包含在垂直于c轴的松散堆积平面内,在这个平面内可以很快扩散,呈现离子型导电现象。
Al2O3属三方晶系,单位晶胞是一个尖的菱面体,在自然界只存在Al2O3,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。
Al2O3结构最紧密、活性低、高温稳定。
它是三种形态中最稳定的晶型,电学性能最好,具有良好的机械和电学性能,一般氧化铝陶瓷都由Al2O3来制取。
二、氧化铝陶瓷的制造工艺氧化铝陶瓷是一种以Al2O3为主晶相的陶瓷材料,其氧化铝含量一般在75%~99%之间。
习惯上以配料中氧化铝的含量进行分类,氧化铝含量在75%左右的为"75瓷”,含量在99%的为“99瓷”等。
陶瓷是什么材料做的
陶瓷是一种非金属材料,主要由氧化物和硅酸盐组成,经过高温烧制而成。
它
具有优异的耐磨、耐高温、绝缘、化学稳定性等特点,因此在日常生活和工业生产中得到了广泛的应用。
首先,我们来看一下陶瓷的材料成分。
陶瓷的主要成分是氧化物,比如氧化铝、氧化硅、氧化锆等,以及硅酸盐,比如长石、石英等。
这些成分经过精细加工和混合后,再经过高温烧制,形成了坚硬的陶瓷材料。
陶瓷的制作过程非常复杂,一般包括原料准备、成型、烧结等步骤。
首先,原
料需要经过粉碎、混合等工艺,变成均匀的粉末状物料。
然后,根据产品的要求,将这些粉末材料进行成型,可以采用压制、注塑、挤压等方法。
成型后的陶瓷坯体需要进行烧结,这是整个制作过程中最关键的一步。
烧结过程中,陶瓷坯体在高温下逐渐结晶并变得致密,形成坚硬的陶瓷材料。
陶瓷材料的种类繁多,按用途可分为建筑陶瓷、日用陶瓷、工业陶瓷等。
建筑
陶瓷主要用于建筑装饰和环境美化,比如瓷砖、马赛克等;日用陶瓷则包括餐具、花瓶等,具有良好的装饰性和实用性;工业陶瓷则广泛应用于机械、电子、化工等领域,比如陶瓷轴承、陶瓷刀具、陶瓷密封件等。
除了常见的氧化物和硅酸盐陶瓷,还有一些特殊陶瓷材料,比如氧化锆陶瓷、
氮化硅陶瓷等。
这些陶瓷材料具有更高的硬度、耐磨性和耐高温性能,被广泛应用于高科技领域,比如航空航天、医疗器械等。
总的来说,陶瓷是一种重要的非金属材料,具有优异的性能和广泛的应用前景。
随着科技的发展和工艺的改进,相信陶瓷材料会在更多领域展现出其独特的魅力。
氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷(alumina ceramics)是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。
其Al2O3含量一般在75~99.99%之间。
通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。
Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“,含量在85%左右的为“85瓷“,含量在95%左右的为“95瓷“,含量在99%左右的为“99瓷“。
工业Al2O3是由铝钒土(Al2O3·3H2O)和硬水铝石制备的,对于纯度要求不高的,一般通过化学方法来制备。
电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000~2400C熔融制得,也称人造刚玉。
Al2O3有许多同质异晶体。
根据研究报道过的变体有十多种,但主要有三种,即γ- Al2O3,β- Al2O3,α- Al2O3。
Al2O3的晶体转化关系如下图,其结构不同,因此其性质也不同,在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。
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γ- Al2O3,属尖晶石型(立方)结构,氧原子形呈立方密堆积,铝原子填充在间隙中。
它的密度小。
且高温下不稳定,机电性能差,在自然界中不存在。
由于是松散结构,因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。
β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。
它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示(RO指碱土金属氧化物,R2O指碱金属氧化物),其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]+类型尖晶石单元交叠堆积而成,氧离子排列成立方密堆积,Na+完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内,在这个平面内可以很快扩散,呈现离子型导电。
α- Al2O3,属三方晶系,单位晶胞是一个尖的菱面体,在自然办只存在α- Al2O3,如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。
什么是陶瓷材料陶瓷材料是一种非金属的无机材料,它们通常是由氧化物、硼化合物、氮化合物和碳化合物等构成的。
陶瓷材料因其独特的性能和广泛的应用而备受关注,被广泛应用于建筑、电子、化工、医药、航空航天等领域。
接下来,我们将深入探讨陶瓷材料的特性、分类以及应用。
首先,陶瓷材料具有优异的耐高温性能。
由于其晶格结构的稳定性,陶瓷材料在高温环境下能够保持其物理和化学性质,因此被广泛应用于高温工艺和高温设备中。
其次,陶瓷材料还具有优异的耐腐蚀性能。
由于其化学稳定性和惰性表面,陶瓷材料对酸、碱、盐等化学介质具有良好的抵抗能力,因此在化工、医药等领域中得到广泛应用。
根据其成分和性质的不同,陶瓷材料可以分为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷和复合陶瓷。
氧化物陶瓷是指以氧化物为主要成分的陶瓷材料,如氧化铝、氧化锆等。
这类陶瓷具有优异的绝缘性能和耐磨性,常用于电子、机械等领域。
非氧化物陶瓷是指以硼化合物、氮化合物和碳化合物为主要成分的陶瓷材料,如碳化硅陶瓷、氮化硼陶瓷等。
这类陶瓷具有优异的硬度和耐磨性,常用于刀具、轴承等领域。
复合陶瓷是指将不同类型的陶瓷材料复合而成的材料,具有综合性能优异的特点,被广泛应用于航空航天、汽车等领域。
在实际应用中,陶瓷材料有着广泛的用途。
在建筑领域,陶瓷材料常用于装饰材料、地板砖、卫生洁具等;在电子领域,陶瓷材料常用于制作电子元器件、陶瓷电容器等;在化工领域,陶瓷材料常用于制作化工设备、化工管道等;在医药领域,陶瓷材料常用于制作人工关节、牙科修复材料等;在航空航天领域,陶瓷材料常用于制作航天器件、航空发动机部件等。
总之,陶瓷材料以其优异的性能和广泛的应用领域,成为了现代工业中不可或缺的重要材料之一。
随着科技的不断进步和创新,相信陶瓷材料将会在更多领域展现出其独特的魅力,为人类社会的发展做出更大的贡献。
陶瓷材料分类一、陶瓷的概述陶瓷是一种重要的无机非金属材料,具有高硬度、高耐磨性、高温稳定性和化学稳定性等优点。
根据其成分和性质的不同,陶瓷可以分为多种不同的类型。
二、陶瓷的分类方式根据陶瓷材料的成分、结构和应用等方面的不同,可以将陶瓷材料进行以下分类。
1. 按成分分类(1)氧化物陶瓷:由氧化物组成的陶瓷材料,如氧化铝、氧化锆等。
(2)非氧化物陶瓷:由非氧化物组成的陶瓷材料,如碳化硅、氮化硼等。
2. 按结构分类(1)结晶性陶瓷:具有规则的晶体结构,如氧化铝陶瓷。
(2)非晶性陶瓷:没有规则的晶体结构,如玻璃陶瓷。
3. 按应用分类(1)结构陶瓷:用于制造机械零件、航空航天部件等的陶瓷材料,如氧化锆陶瓷。
(2)电子陶瓷:用于制造电子器件的陶瓷材料,如氧化铝陶瓷。
(3)生物陶瓷:用于医疗器械和人工骨骼等的陶瓷材料,如氧化锆陶瓷。
三、常见陶瓷材料分类1. 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷是一种常见的结构陶瓷材料,具有高硬度、高耐磨性、高绝缘性和耐高温等特点。
由于其良好的性能,氧化铝陶瓷被广泛应用于制造机械零件、电子器件和耐火材料等领域。
2. 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷是一种结构陶瓷材料,具有高硬度、高强度和耐磨性等特点。
由于其优异的性能,氧化锆陶瓷被广泛应用于制造航空航天部件、人工骨骼和医疗器械等领域。
3. 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷是一种非氧化物陶瓷材料,具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特点。
由于其出色的性能,碳化硅陶瓷被广泛应用于制造切割工具、研磨材料和耐火材料等领域。
4. 氮化硼陶瓷氮化硼陶瓷是一种非氧化物陶瓷材料,具有高硬度、高导热性和化学稳定性等特点。
由于其优良的性能,氮化硼陶瓷被广泛应用于制造切割工具、研磨材料和高温工具等领域。
5. 玻璃陶瓷玻璃陶瓷是一种非晶性陶瓷材料,具有良好的透明性、耐热性和耐腐蚀性等特点。
由于其特殊的结构和性能,玻璃陶瓷被广泛应用于制造厨具、电子器件和医疗器械等领域。
四、陶瓷材料的发展趋势随着科技的不断进步,陶瓷材料也在不断发展。
第一章氧化物陶瓷材料氧化物陶瓷材料具有优良的强度、硬度、绝缘性、热传导、耐高温、耐氧化、耐腐蚀、耐磨及高温强度等特性,在严苛的环境条件下具有良好的高温稳定性与力学性能,在材料工业倍受瞩目。
氧化物陶瓷材料主要包括二元氧化物、玻璃陶瓷、钛酸盐陶瓷及羟基磷灰石陶瓷材料。
二元氧化物陶瓷材料主要包括氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化锌及稀土氧化物等,这类陶瓷材料在作为普通的日用陶瓷及高技术陶瓷方面应用广泛,已有多种论著阐述,在本文中不在赘述。
不同于传统的日用陶瓷材料,高技术氧化物陶瓷材料特殊的电、磁、光、热、声、化学、生物、压电、热电、电光、声光及磁学等性能,在高性能结构及功能陶瓷方面具有良好的应用前景,可应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应及宇航等领域。
玻璃陶瓷、钛酸盐陶瓷及羟基磷灰石陶瓷作为重要的高技术陶瓷材料,在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。
一些国家,特别是日本、美国和西欧国家,包括我国为了加速新技术革命,为新型产业的发展奠定了物质基础,投入了大量人力、物力和财力研究开发氧化物陶瓷材料,在技术上有了很大突破,目前这些氧化物陶瓷材料已经广泛应用于高技术工业领域。
1.1 玻璃陶瓷材料玻璃陶瓷(glass-ceramic)又称微晶玻璃、微晶陶瓷,由著名的玻璃化学家和发明家S. D. Stookey于20世纪50年代中期发明[1],是通过对某些特定组成的基础玻璃,在一定温度下进行受控核化、晶化而制得的一种含有玻璃体的多晶固相材料。
玻璃陶瓷的性能主要是由主晶相来决定,主晶相可通过控制成核、晶化以及选择不同的母玻璃组分来实现[2]。
玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷的特点,在热学、化学、生物学、光学以及电学性能方面优于金属及聚合物。
组成和显微结构是玻璃陶瓷成分设计的两个主要影响因素,主成分是成核的决定性因素,对于具有机械和光学性能的玻璃陶瓷来说,显微结构是更为关键的影响因素,与主成分和微晶相聚集情况有关,不同的热处理制度也会对显微结构产生重要影响。
控制玻璃的析晶是形成玻璃陶瓷的前提条件,成核是控制结晶的决定性因素。
母玻璃中晶体形成通常经过两个阶段:(1)亚显微核形成阶段,(2)亚显微核的生长,以上两个阶段分别称为成核和晶体生长。
成核受两方面因素影响:(1)选择化学组成适宜的母玻璃,通常添加一定的成核剂;(2)控制热处理制度,即加热温度及保温时间。
1.1.1 玻璃陶瓷的制备方法1.1.1.1 熔融法玻璃陶瓷的制备最早使用的是熔融法,现在仍然广泛使用。
此种方法是将各种原料及添加剂混合均匀,于1400-1550℃高温下熔融,均化后将玻璃熔体成型,退火后在一定温度下进行核化和晶化,以获得晶粒细小、均匀且整体析晶的玻璃陶瓷。
熔融法的最大特点是可以沿用任何一种玻璃的成型方法,例如压制、压延、吹制、拉制及浇铸等。
与通常的陶瓷成型工艺相比,此法适合制备形状复杂、尺寸精密的制品,便于机械化、自动化生产,所得玻璃陶瓷制品致密度高、组成均匀、无气孔。
然而,此法的熔制温度高,所得玻璃陶瓷晶相的数量取决于基础玻璃的整体析晶能力和热处理制度。
1.1.1.2 烧结法传统的熔融法制备玻璃陶瓷存在一定的局限性,例如玻璃熔制温度高、热处理时间长,而烧结法能够克服以上缺点。
此法是将玻璃熔体水淬、磨细后得到玻璃粉末,筛分分级后将玻璃粉末制成生坯,再在一定温度下烧结,随炉冷却得到样品。
烧结法的特点是基础玻璃的熔融温度比熔融法低,熔融时间短。
由于玻璃粉末具有较高的比表面积,比熔融法所得的玻璃更易析晶,不必使用核化剂。
另外,此法制备玻璃陶瓷无需经过玻璃形成阶段,所以适于极高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的玻璃陶瓷的制备。
目前研究较多的是堇青石、顽辉石和锂铝硅系统的烧结玻璃陶瓷。
1.1.1.3 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶技术是低温合成材料的一种新工艺,最早用来制备玻璃,近年来成为了玻璃陶瓷制备技术研究热点之一[3,4]。
此法的原理是将组成元素的金属无机或有机化合物作为前驱体,经过水解形成凝胶,这些凝胶经过烘干成为粉末并成型,再在较低温度下进行烧结得到玻璃陶瓷。
同熔融法和烧结法相比,此法在制备初期就能进行控制,材料的均匀性能够达到纳米级,甚至分子级水平,可以获得均质高纯材料。
此法制备温度比传统方法大为降低,能够有效防止组分挥发,制备出符合设计要求的玻璃陶瓷,并可扩展基础玻璃的组成范围,制备出传统方法无法制备的玻璃陶瓷。
此法的缺点是成本高、周期长,凝胶在烧结过程中收缩较大,所得玻璃陶瓷制品容易变形。
1.1.2 玻璃陶瓷的应用1.1.2.1 机械上的应用利用玻璃陶瓷耐高温、抗热震、热膨胀可调等力学和热学性能,可以制造出各种满足机械力学要求的材料。
利用云母的可削性和定向取向性,可以制备出高强和可切削加工性能的玻璃陶瓷。
作为机械力学材料的玻璃陶瓷可广泛应用于活塞、旋转叶片及炊具,也可作为结构材料用于飞机、火箭、人造卫星上。
1.1.2.2 光学上的应用低膨胀和零膨胀玻璃陶瓷对温度变化不敏感,可在温度变化而要求尺寸稳定的领域得到应用,例如可用于望远镜和激光器的外壳。
将低膨胀锂系玻璃陶瓷用于光纤接头,与氧化锆材料相比,在热膨胀系数和硬度方面与石英玻璃光纤更为匹配,易于精密加工,环境稳定性好[5]。
1.1.2.3 生物医学上的应用钙铁硅铁磁体玻璃陶瓷在模拟液中浸泡后,样品表面的硅胶层上可生成与人体组织良好结合的羟基磷灰石,具有良好的生物活性和强磁性能,可起到人体骨骼温热治癌作用。
以TiO2(PO4)3-0.9Ca3(PO4)2为基础的磷酸盐多孔玻璃陶瓷具有抗菌作用,以云母为主晶相的玻璃陶瓷已成功用作脊骨和牙齿的替代物。
具有红外辐射性能的玻璃陶瓷可在医疗保健产品中得到应用,载有银离子并以LiTi2(PO4)3为骨架的磷酸盐多孔玻璃陶瓷可在抗菌剂方面得到应用,氧化锆增强的CaO-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷可以成为一种新型的牙科材料。
1.1.2.4 化工上的应用玻璃陶瓷因其化学稳定性好、耐腐蚀性优良的特性,可广泛用作化工材料。
Na2O-Al2O3-SiO2系玻璃陶瓷可用于环境污染和新能源领域,例如玻璃陶瓷在喷射式燃烧器中用于消除汽车尾气中的碳氢化合物,也可在硫化钠电池中用作密封剂,在输送腐蚀性液体中用作管道和槽等。
1.1.2.5 建筑上的应用玻璃陶瓷用作新型绿色装饰材料,在建筑装饰材料领域具有良好的发展前景,其装饰效果和理化性能均优于玻璃、瓷砖、花岗岩和大理石板材,莫氏硬度为6.5-7.0,抗弯强度50-60 MPa,抗压强度大于500 MPa,密度为2.65-2.70 g/cm3,吸水率为0,耐酸耐碱性、抗冻性、耐污染性能优良,无放射性污染。
1.1.2.6 电子和微电子上的应用玻璃陶瓷能够达到负膨胀、零膨胀特性,可与众多材料的膨胀特性相匹配,用于各种玻璃陶瓷基板、电容器及高频电路中的薄膜电路和厚膜电路。
MgO-Al2O3-SiO2系堇青石基玻璃陶瓷已应用于电子材料和航空领域。
采用溶胶-凝胶法制备的铁电玻璃陶瓷在电子、精密部件、航空领域具有广泛的应用前景。
含有定向生长的非铁电体极性玻璃陶瓷具有压电和热释电性能,在水声、超声等领域具有广泛的应用前景。
1.1.3 透明玻璃陶瓷在玻璃陶瓷内,由于光在晶体和玻璃界面上的散射,所以一般不透光,要使玻璃陶瓷具有透明性必须满足两个条件[1]:(1)晶粒足够小,使光通过不发生衍射;(2)晶体与基质折射率相匹配。
透明玻璃陶瓷作为一种新型的功能材料,不仅具有优异的光学性能,而且具有低膨胀、高的机械强度、硬度,良好的热、化学稳定性及介电性能,在光电子、激光技术中得到了应用。
1.1.3.1 β-石英型玻璃陶瓷β-石英型透明玻璃陶瓷属于Li2O-Al2O3-SiO2系统,以β-石英为主晶相,是目前研究较多、较为成功的一种。
下面是几种不同膨胀系数透明玻璃陶瓷的组成范围[5]:(1)热膨胀系数近于零SiO2 68~76%, Al2O317~24%, Li2O 2.5~5%, MgO 0~3%,在这些组成中添加TiO21.5~4%, ZnO0~4%作为晶核剂;(2)无色耐高温,热膨胀系数为10~20×10-7/℃:SiO268~70%, Al2O317~32%, Li2O1.5~3%, MgO2.5~7%, ZnO0~3%,添加ZrO23~6%作为成核剂;(3)无碱、热膨胀系数为11~30×10-7/℃:SiO264~75%, Al2O316~25%, MgO3~10%, ZnO0~7%,添加ZrO23~6%作为成核剂。
锂铝硅系统玻璃在合适的温度下热处理能生成均匀分布在C轴方向具有负膨胀性的石英固熔体,而石英固熔体晶粒尺寸为30~60nm,是可见波长的十分之一,且其折射率与玻璃的接近,所以可得到制品整体透明,热膨胀系数接近于零(7×10-7/℃,甚至为负值)、热稳定性较好的玻璃陶瓷,适合于制造尺寸稳定、性能要求高和反射大能量而不产生变形的材料。
目前已应用这种材料制造天然镜坯,这类材料的商品名称有国外的Zerodur、Cervit和国内的VO2,VO2玻璃陶瓷坯已用于制造上海天文台的直径1.56m的天体测量望远镜和北京天文台的直径2.16m的天体观察望远镜[6]。
1.1.3.2 莫来石型玻璃陶瓷莫来石型透明玻璃陶瓷属于SiO2-Al2O3系统,以莫来石为主晶相,其主要组成范围是[5]:SiO260~90%, Al2O310~40%,为了防止失透,需要添加BaO、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O等。
莫来石玻璃陶瓷的形成基于材料分相后粘度较低的富铝相及粘度较高的富硅相,晶体的生长受到高粘度富硅相的局限,形成了超细晶体。
由于材料为透明体,析出的晶体往往接近单相,因此它可以显示出晶体的一些光性特点,如含Cr3+的莫来石玻璃陶瓷中可显示出Cr3+的荧光特性,可望研制成可调激光器及太阳能收集器。
未晶化的玻璃已发生分相,利用玻璃的分相,通过适当的热处理获得了析出莫来石晶体的透明玻璃陶瓷[7]。
未晶化的玻璃的荧光光谱为严重不均匀加宽的宽带光谱,发光弱,其透明玻璃陶瓷发光强度远远高于未晶化玻璃,光谱为锐线发光和宽带发光并存,发光范围从680nm到880nm,发光和吸收之间有足够大的间隙(Stokes迁移带)。
1.1.3.3 掺杂透明玻璃陶瓷除红宝石和绿宝石等激光材料外,Cr3+在玻璃基质中的量子效率非常低,而在透明玻璃陶瓷中可以大幅度提高[8,9]。
透明玻璃陶瓷是玻璃和晶体的复合体,同时具有玻璃和陶瓷的优点,是一种很好的发光基质。
掺Cr3+的透明玻璃陶瓷兼有玻璃易制造和晶体发光率高的优点,同时Cr3+玻璃陶瓷具有与绿宝石相似的光谱特性,可望在大功率调谐激光器、太阳能聚光器、窗口材料等方面得到应用。