第2讲 微晶玻璃
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微晶玻璃微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃。
是综合玻璃,是一种外国刚刚开发的新型的建筑材料,它的学名叫做玻璃水晶。
微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。
它具有玻璃和陶瓷的双重特性,普通玻璃内部的原子排列是没有规则的,这也是玻璃易碎的原因之一。
而微晶玻璃象陶瓷一样,由晶体组成,也就是说,它的原子排列是有规律的。
所以,微晶玻璃比陶瓷的亮度高,比玻璃韧性强。
概述现在,我们做一个微晶玻璃与天然石材的对比实验。
我们把墨水分别倒在大理石和微晶玻璃上,稍等片刻,微晶玻璃上的墨汁可以轻易的擦掉,而大理石上的墨迹却留了下来。
这是为什么呢?大理石、花岗岩等天然石材表面粗糙,可以藏污纳垢,微晶玻璃就没有这种问题。
大家都知道,大理石的主要成分是碳酸钙,用它做成建筑物,很容易与空气中的水和二氧化碳发生化学反应,这就是大理石建筑物日久变色的原因,而微晶玻璃几乎不与空气发生反应,所以可以历久长新。
专家介绍说,这项发明的突破点主要有两个,分别是原料的配比和工艺的设计。
其中,工艺的设计是技术的关键。
置备微晶玻璃首先要把原材料按照比例配好,放到窑炉里烧熔,等全部融化之后,把熔液倒在冰冷的铁板上,这叫做淬火,淬火之后,原料已经变成了一块晶莹的玻璃,这一步是烧结的过程。
现在,我们把玻璃捣碎,装入模具,抹平,再次放入窑炉,这次煅烧使它的原子排列规则化,是从普通玻璃到微晶玻璃的过程。
一般的废渣土中都含有制作微晶玻璃的大多数成分,我们通过电脑检测,确定现有原料的化学组成,添加所缺部分,大大降低了成本。
微晶玻璃利用废渣、废土做原材料,有利于环境治理,可以变废为宝,与各地环保工作同步进行。
低膨胀系数的微晶玻璃可用于激光导航陀螺、光学望远镜等重要科技领域,我国目前生产激光导航陀螺所用微晶玻璃基本依赖进口,日前,厦门航空工业有限公司称已研制出可适用激光导航陀螺的微晶玻璃,质量可与德国等进口玻璃相媲美。
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。
2 组成2.1 概述微晶玻璃的组成与结构是影响其性能的主要因素。
与普通玻璃相比,微晶玻璃在制备工艺和性能上具有特殊性,其组成也与普通玻璃有所不同,只有一定范围的组成能够符合微晶玻璃的制备要求。
一般说来,微晶玻璃除了含有一定量的玻璃形成氧化物如SiO2、B2O3、P2O5外,为了使玻璃易于分相、核化与晶化,组成中还常常引入离子半径小、场强大的离子如Li+、Mg2+、Zn2+等。
此外,为了促进(诱导)玻璃的整体晶化,大多数组成中还加入一定量的晶核剂如ZrO2、TiO2等。
晶核剂种类及其作用机理的研究已成为微晶玻璃组成研究的一个重要内容。
一些特殊的玻璃组成,不加晶核剂也可以转化成微晶玻璃,如Li2O-MgO-Al2O3-SiO2系统及Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2系统玻璃,其中每系玻璃中都含有两种高场强阳离子的氧化物,如Li2O和MgO,Li2O和ZnO。
它们都有一个静电场较高的阳离子,在一定温度下,容易产生分相,分相产物中至少有一个是容易析晶的。
对于某些制备方法而言,基础玻璃中可以不加晶核剂。
如近年国内广泛采用的烧结法,就是利用玻璃在分界面处易于核化的性质,先将玻璃制成颗粒或粉末再成形,当热处理时就会在颗粒或粉末的表面成核、晶化,这种方法多用于建筑装饰微晶玻璃和微晶玻璃封接剂的生产。
具有实用意义的微晶玻璃组成应符合以下条件:能满足使用性能要求;玻璃较易于熔制;成形过程中不析晶;晶化过程易于核化与晶化;晶化过程制品变形。
微晶玻璃组成广泛、品种繁多。
最初,微晶玻璃系统仅限于硅酸盐、铝硅酸盐等系统,组成也相对简单。
经过多年研究,其系统已扩展到非硅酸盐和非氧化物系统,如磷酸盐和硫系化合物及氧氮化合物微晶玻璃,组成范围也进一步扩大,迄今为止,在已研究的成百上千种微晶玻璃中,实用微晶玻璃品种并不太多。
虽然有些新组成系统目前还处于基础研究和开发阶段,距工业化生产和实际应用还有一定距离,但已显现出良好的发展前景。
第9章特种玻璃§9-1 微晶玻璃微晶玻璃是由玻璃的控制晶化制得的多晶固体。
晶化就是通过把适当的玻璃经受仔细制定的热处理制度使玻璃中成核及结晶相生长。
在许多情况下,晶化过程几乎可以全部完成,通常只存在小部分的剩余玻璃相。
在微晶玻璃中,晶相是全部从—个均匀玻璃相中通过晶体生长而产生,这和传统陶瓷材料不同。
在陶瓷材料中,虽然由于固相反应可能出现某些重结晶或新的晶体,但大部分结晶物质是在制备陶瓷组分时引入。
微晶玻璃和玻璃的不同处是在于它大部分是晶体,而玻璃则是无定形或非晶态。
1 微晶玻璃的生产工艺微晶玻璃的生产流程为:配合料制备→熔融→破璃成形→加工→晶化处理→再加工。
1.1 配合料制备微晶玻璃的配方及工艺条件应满足一定要求,玻璃易于熔制且不被污染,但对某些微晶玻璃(例如矿渣微晶玻璃),使用的原料纯度等则不那么要求严格,允许含有某些杂质;在熔制、成形过程中不析晶;成形后的玻璃易于加工;晶化热处理时能迅速达到体结晶,产品具有预计的物化性能。
微晶玻璃采用与普通玻璃生产相同的工序进行配料。
1.2 配合料制备1.3 熔制及玻璃成形熔制微晶玻璃时,熔制温度及保温时间、炉气气氛及还原剂等对熔制过程有重要影响。
(1) 温度:熔制温度较高,一般在1500~1600℃以上,易熔的微晶玻璃熔制温度约1300℃。
(2) 气氛:采用硫化物作分微晶玻璃的晶核剂时,应保持还原气氛。
S2-+2O2→SO42-↑S2-+SO42-→2SO2↑提高配合料中还原剂的用量,有助于稳定玻璃中硫化物的含量。
(3)耐火材料种类及其质量对获得优质玻璃液亦有重要影响。
如选择耐火材料种类不当或质量不高,则在高温熔制某些成分可能进入玻璃液而改变基础玻璃的成分,如此,影响了微晶玻璃的相组成和制品的物化性能。
(4) 任何一种玻璃的成形方法如吹制、压制、拉制、浇注、压延等,均适用于微晶玻璃的成形。
1.4 配合料制备1.5 熔制及玻璃成形1.6 晶化处理晶化处理是一个热处理过程,如图。
微晶玻璃是一种特殊的玻璃材料,其透明性能取决于其化学成分和微观结构。
以下是微晶玻璃透明的原理:
1. 纯净的化学成分:微晶玻璃通常采用高纯度的玻璃原料,如二氧化硅(SiO2)、硼三氧化物(B2O3)等,以确保玻璃中没有显著的杂质和不均匀性。
2. 均匀的微观结构:微晶玻璃的制备过程中需要严格控制玻璃的结晶和微观结构,使得玻璃内部的晶粒尺寸均匀,没有明显的气泡和夹杂物。
3. 光的透射和折射:由于微晶玻璃内部没有明显的结构不均匀性和杂质,光线在玻璃中的传播受到较小的散射和吸收,因此可以实现较高的透明度。
4. 表面处理:微晶玻璃的表面经过精细加工和抛光处理,可以减少表面粗糙度对光线的散射,提高玻璃的透明性能。
总的来说,微晶玻璃透明的原理是通过优化材料的化学成分、微观结构和表面处理,最大限度地减少光线在玻璃中的吸收和散射,从而实现较高的透明度。
微晶玻璃及微晶玻璃幕墙一、什么是微晶玻璃微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又称微晶玉石或陶瓷玻璃。
是综合玻璃、石材技术发展起来的一种新型建材。
因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石等作为主要生产原料,且生产过程中无污染,产品本身无放射性污染,故又被称为环保产品或绿色材料。
微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点,优於天石材和陶瓷,可用於建筑幕墙及室内高档装饰,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。
二、微晶玻璃的组成把加有晶核剂或不加晶核剂的特定组成的玻璃,在有控条件下进行晶化热处理,使原单一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料。
微晶玻璃和普通玻璃区别是:前者部分是晶体,后者全是非晶体。
微晶玻璃表面可呈现天然石条纹和颜色的不透明体,而玻璃则是各种颜色、不同程序的透明体。
微晶玻璃的综合性能主要决定三大因素:原始组成的成份、微晶体的尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。
后两种因素是由微晶玻璃晶化热处理技术决定。
微晶玻璃的原始组成不同,其晶相的种类也不同,例如有β硅灰石、β石英、氟金云母、二硅酸锂等,各种晶相赋予微晶玻璃的不同性能,在上述晶相中,β硅灰石晶相具有建筑微晶玻璃所需性能,为此常选用CaO-Al2O3-SiO2系统为建筑微晶玻璃原始组成系统,其一般成分如表一所示。
表一: CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃组成颜色\组成SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3白色59.0 7.0 1.0 17.0 6.5 4.0 3.0 2.0 0.5黑色59.0 6.0 0.5 13.0 6.0 4.0 3.0 2.0 6.0 0.5上述玻璃成份在晶化热处理后所析出的主晶相是:β——硅灰石(β——CaO、SiO2)。