玻璃和陶瓷的关系
玻璃和陶瓷关系玻璃是一种无定形、非晶态的无机材料, 其历史至少可追溯到4000 年以前. 最近几十年, 玻璃工业有了较大的发展, 目前, 世界范围内, 玻璃工业每年大约创造1000 亿美元的产值. 与玻璃材料相比, 陶瓷是一种产品种类更加丰富的无机材料,在结构上也是更加有序的. 玻璃和陶瓷是不可分割的两类材料, 被称为孪生姊妹, 它们有相似的生成原理, 原材料和生产工艺, 而且都是经过高温处理而制得的. 在一些工业中, 玻璃和陶瓷这两个材料名词被互换使用, 如陶瓷的玻璃相也称作陶瓷釉; 在生物陶瓷的结构中, 既有陶瓷的结构特点, 也有玻璃的结构特点.
在欧美大学中, 玻璃和陶瓷两个学科是完全联系在一起的, 其课程设置也是互相补充的, 而这正是充分认识到了玻璃和陶瓷材料的相似和区别之处的结果. 在工业生产中, 人们也有相同的认识, 例如: 在陶瓷领域所学的知识可以很好地, 甚至是必须地被使用来解决玻璃生产中所遇到的问题, 而且往往会收到意想不到的神奇效果. 玻璃行业的技术人员和玻璃产品的生产者必须充分认识玻璃在生成过程中向陶瓷转变的规律, 以便更好地制定和控制工艺参数, 例如, 在生产玻璃制品( 无论是玻璃纤维还是玻璃器皿) 的过程中, 都必须掌握把晶态的原料熔融、冷却从而最终转变为非晶态产品的过程, 否则将无法控制玻璃态产品的生成, 更不能生产出有特定性能的产品. 对传统的玻璃产品来说, 都或多或少地存在缺陷, 而所谓的缺陷, 其中主要是指玻璃态中所存在的陶瓷相, 而玻璃产品的物理和化学性能则是由其玻璃相和陶瓷相的含量以及它们之间结合面上的张力所决定.
同样, 在传统陶瓷产品的制造中, 例如: 容器和卫生陶瓷等制品, 都要使其成分、结构向玻璃态转变, 以制得所需的最终产品. 在陶瓷制品的热处理过程中, 玻璃相的控制是通过控制原材料, 晶化时间以及晶化温度来实现的产品, 最终性能的优劣不仅决定于玻璃相成分是否存在及其存在的数量, 也决定于玻璃相形成过程中的热历史, 以及较多的耐火材料混合组分在玻璃中溶解的程度如何.
既使是技术陶瓷, 如高纯铝制品, 哪怕其颗粒只有几个原子层厚, 在颗粒和颗粒的边界层上通常也存在着连续的玻璃相. 除个别晶体材料之外, 几乎所有商品陶瓷的组成中都含有玻璃相, 所以在原料的选择上、产品生产过程中的工艺参数的制定和控制上以及其它许多方面, 我们都应充分考虑玻璃和陶瓷的共性, 以更有利于对玻璃和陶瓷材料的理论分析.
总之, 玻璃材料的连续玻璃相中分布着无数极其微小的陶瓷相区域; 陶瓷材料的陶瓷相之间也分布着玻璃相, 而玻璃材料或陶瓷材料的性能是由玻璃相和陶瓷相的含量以及玻璃相和陶瓷相之间的结合状况所共同决定的, 这也是玻璃的结构学说中晶子学说所强调的结构特征, 而我们在研究及生产中过多地强调了无规则网络学说, 玻璃和陶瓷材料的技术人员必须认识到: 只有把两个学说结合起来, 才能对这两类材料有一个更加完善的理解, 才能对玻璃和陶瓷材料有更加深刻的认识.
生产中玻璃和陶瓷的关系, 玻璃和陶瓷材料生产的许多准备过程是相同的, 例如: 原材料的选择、配合料的制备过程、提高其热处理效率的方法、耐火材料的选择以及在高温下使配合料转变为最终产品的方法等方面都有很大的相同之处, 另外有关余热的回收利用和热处理过程中阻止侵蚀相的产生等问题也都是
相同的. 很多技术、方法可以在玻璃和陶瓷生产中被互换使用, 例如: 在某些用于微电子领域的特殊玻璃制品的熔制过程中, 所采用的技术经常与陶瓷粉的加工技术完全相同. 其实, 有许多类似的产品, 它们的生产加工技术都是基于玻璃和陶瓷的两种材料的形成机理, 分析其共性加工而成的, 因此对于有关玻璃和陶瓷之间共性的理解是致关重要的, 这对于有效提高玻璃和陶瓷产品质量是非常重要的.不管玻璃和陶瓷所用的最初原料是什么, 玻璃和陶瓷生产中所产生的副产品都可以被回收利用, 被作为一种新材料重新用在玻璃或陶瓷的生产中, 而这已经成为目前世界各国极其关注的领域. 例如: 电视玻璃生产中所回收的废料也可作为碎玻璃被重新加入到原料中来生产电视玻璃、电灯及其他玻璃产品; 又如: 玻璃研磨过程中所产生的废料玻璃和磨料的混合物, 也可作为添加料被加入到原料中用来制造瓦或混凝土等材料, 这些副产品可以提高产品的强度, 这些废料的使用价值要比他们所取代的原材料更大, 尤其是对一些有毒的或危险的物质, 它们可以被重新作为有用的填料, 从而获得新生, 否则, 它们将作为废弃物被丢掉, 污染环境.
在欧美, 部分玻璃和陶瓷生产所需的原料已由专门的厂商提供, 这些原料供应商已经认识到回收废料的重要意义, 他们的经验告诉我们, 这些废料被作为生产玻璃或陶瓷的原料具有更高的使用价值. 在世界范围内, 政府部门和有工业废渣或收尘副产品生成的公司, 都正在投入大量的人力、财力寻找废弃物处理的新方法, 从废渣回收中重新获得收益, 以降低其昂贵的处理费用, 不约而同地把研究重点放在如何重新利用这些副产品, 由此可见, 认识到玻璃和陶瓷在生产中的共性是极其重要.
两者相结合的产品玻璃陶瓷. 玻璃陶瓷( 又称微晶玻璃) 类材料即指同时具有晶态和非晶态物质特征的一类材料, 是通过热处理使基础玻璃中形成均匀分布的微小晶体而产生的, 这类材料具有玻璃或陶瓷都无法比拟的优异性能, 例如: 耐腐蚀性能, 耐磨性能和机械性能等. 微晶玻璃材料的物理化学性能主要决定于材料中玻璃相和陶瓷相的含量、晶体的颗粒大小、分布状态以及玻璃相和陶瓷相的连接程度等因素.虽然玻璃陶瓷类产品已经存在了几百年, 但被广泛认识和利用还是在近50 年内. 20 世纪50 年代, Storey 研制出了光敏微晶玻璃, 即在玻璃的表面使部分玻璃相转变为陶瓷相, 并使陶瓷相均匀地分布在玻璃相中而制得的, 从而产生了一种具有低膨胀性等许多优异性能、可以工业化生产的材料玻璃陶瓷. 今天, 我们制取玻璃陶瓷, 通常先将配合料熔制成玻璃, 然后再加入晶核剂, 经过热处理从而使可以控制的、区域微小的陶瓷相在玻璃相中均匀地分布, 这类材料可在工程中广泛使用, 例如在厨房设备中、在计算机的硬盘上, 尤其可以用做建筑装饰材料. 低融化温度和具有优越流动性的微晶玻璃料经常可以生成云母玻璃,并产生了材料界的奇迹, 即该类材料可以象塑料一样被注入模具中成型, 也可以象金属一样被机械加工.
这种复合材料表现出丰富多彩的, 甚至是稀奇古怪的物理特性, 完全超出了传统玻璃和陶瓷范畴, 它是对玻璃和陶瓷的生成原理和制造技术的充分认识并将两种材料共性完美结合的一个实例, 也充分证明了玻璃和陶瓷材料的不可分割性, 只要通过它们的共性把两者联系起来, 就可以生成性能优异的新材料.
学术领域应注意玻璃和陶瓷关系. 在北美的大学及研究机构中, 对玻璃和陶瓷技术人才的培养, 是从同时学习玻璃和陶瓷两种材料的生成原理开始的, 并将两种材料的特点有机地结合在一起. 在欧洲的本科教育中, 虽然人们更关注玻璃和陶瓷中的某个学科, 但这些课程也都强调学生应同时掌握两种理论, 并强调二
