玻璃陶瓷的制备与应用
摘要：陶瓷玻璃又称微晶玻璃，其作为21世纪的新型建筑材料具有优异的性能，广泛应用于各个行业。本文介绍了玻璃陶瓷的发展史、制备方法和应用。
关键词：玻璃陶瓷制备性能应用
Preparation And Application Of Glass Ceramics
Abstract: Ceramic glass and glass ceramics, as a new building material in twenty-first Century with excellent performance, widely used in various industries. This paper introduces the history of the development of glass ceramics, preparation method and application.
Keyword s: glass ceramic preparation properties application
一、前言
玻璃陶瓷,又名微晶玻璃,是将加有成核剂(个别也可不加) 的特定组成的基础玻璃,经热处理工艺后所得的微晶体和玻璃体均匀分布的复合材料。玻璃陶瓷兼有玻璃和陶瓷的优点,具有许多常规材料难以达到的优异性能[1]。
玻璃陶瓷是材料科学上的一项新的研究发现,可以作为结构材料、技术材料、光学电学材料、装饰材料等广泛应用于国防尖端技术工业、建筑业及生活等各个领域。因此,微晶玻璃被科学家们称为21世纪的新型建筑材料。
二、玻璃陶瓷的发展史
由玻璃制备多晶材料的思想可追溯到十八世纪，法国学者家Rene De Reaumur于1739年进行了初步探索。但微晶玻璃材料的研制成功并实现工业化则始于本世纪五十年代末，由美国康宁公司的Stookey发明了光敏微晶玻璃。
微晶玻璃的性能即决定于组成相的固有属性，又决定于形成的微观组织形态。能够形成微晶玻璃的硅酸盐从结构上大致分为三类：架状硅酸盐、片状硅酸盐、片状硅酸盐及链状硅酸盐，每种均有其特定的组成及结构和性能特点。微晶玻璃从五十年代末诞生
到目前四十多年的发展历程，大致可分为三个阶段：
（一）五十年代末到七十年代中期：研究重点是架状硅酸盐微晶玻璃，这种结构具有较高的热稳定性及聚合度，热膨胀系数低是这类材料的突出特点。这一时期广泛研究了多种有效的成核剂，获得了高度结晶化且具有细小晶粒(<100 nm) 的透明材料，其中最为典型的是Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃。
（二）七十年代中期到八十年代中期：具有较低聚合度和稳定性的片状和链状硅酸盐微晶玻璃得到了广泛研究，开发了具有较高强度和韧性，具有易切削性的多种微晶玻璃材料。如片状氟金云母型微晶玻璃，其商品Macor己在航天飞机的部件、微波窗口、电真空等多方面获得应用。
（三）八十年代中期至今：复杂结构及多相微晶玻璃得到了广泛的研究，并且在有针对性的材料开发研究、系统的性能研究方面也更为深入。特别在生物材料、电磁材料、超导材料、核废料处理等方面，极大地扩展了微晶玻璃的应用领域。在这一阶段，特别是九十年代，对微晶玻璃制备技术的研究取得了瞩目的成就，开发了新的工艺，如溶胶一凝胶法、烧结法等[2]。
微晶玻璃具有许多宝贵的性能：膨胀系数可调（例如可制成零膨胀系数玻璃）、机械强度高、电绝缘性优良、介电损耗小、介电常数低、耐磨、耐腐蚀、热稳定性好及使用温度高等[3]，因而它作为结构材料、技术材料、光学和电学材料、建筑装饰材料等广泛用于国防尖端技术、工业建筑及生活等各个领域。作为建筑材料，其性能集玻璃、陶瓷、石材的优点于一身；作为功能祠料和结构材料，在光、电、生、化、磁等微电子技术、生物技术、国防尖端技术、机械制造等领域得到了广泛的应用，并且具有巨大的发展前景。
玻璃陶瓷是20世纪70年代发展起来的新型陶瓷材料，它是通过控制玻璃体析晶而获得的多晶陶瓷材料，它兼有玻璃、陶瓷的优点，有常规材料难以达到的物理性能。与玻璃比较，玻璃陶瓷的力学、耐腐蚀性能大大提高；与传统陶瓷相比，玻璃陶瓷的结构、性能容易控制，可以运用成熟的玻璃生产工艺来提高生产效率。因此，玻璃陶瓷越来越受到人们的重视，获得广泛应用，被专家誉为21世纪的新型陶瓷材料。
玻璃陶瓷比其原始玻璃和传统的陶瓷材料具有更优异的性能,特别是可切削玻璃陶瓷(glass- ceramic)能使用通常的金属加工方法进行切削,成为材料工艺上一个突出的进展,在机械、生物医学和电子等领域有较广的应用前景[4]。本文研究的是CaO - MgO - Al2O3 - SiO2 - F系中以钙云母为主晶相的可切削氟玻璃陶瓷的显微结构对性能的影响。本研究对此类材料理想显微结构和性能的获得,有重要的指导意义。
三、玻璃陶瓷的制备
玻璃陶瓷制备的一个最基本的步聚是玻璃的制备，即混合配料经高温精炼和均化，获得高质量的玻璃，然后，在低温下核化和晶化。根据成型方法的不同分为压延法(浇注法、拉制法)和烧结法。
（一）压延法(浇注法、拉制法也叫整体析晶法)
此法主要用于面积比较大的制品。它包括两个基本步骤：
第一步，采用普通玻璃的成型工艺制备玻璃制品。
第二步，制品经过热处理，使其核化、晶化转变成玻璃陶瓷。
后一步决定其性能的优劣。晶化的趋向和能力取决于核化和晶化的温度及二者的重叠程度。一般核化温度小于晶体的生长温度并在一定程度上是重叠的。为了生成大量的微晶，晶度晶体生长前应有大量的晶核存在，另外要求玻璃陶瓷致密度高、光滑表面、无裂纹和其他缺陷，通常在玻璃中加入晶核剂，常用的晶核剂有光敏金属、氧化物、氟化物及其复合物，一般复合晶核剂效果优于任何一个单晶核剂[5]。
玻璃陶瓷的制备需经过热处理阶段，设计的热处理过程目的是最终材料的微结构是一种晶相或多种晶相与玻璃相共存。主晶相有铿辉石、锉霞石、硅锌矿、镁橄榄石、荃青石、氟云母等物质。
（二）烧结法(粉末法)
所谓烧结法是通过玻璃粉的烧结制备玻璃陶瓷。这种方法最早是在1962年由H.schonbom首先提出的。烧结法利用玻璃粉末粒子表面的成核作用，把玻璃研磨成粉末再成型，最后热处理使粉末结晶、烧结固化。该法玻璃的熔制时间短、温度低、热处理工艺简单，可利用陶瓷厂的普通设备、不需使用晶核剂、附加成本低、投资少。近年来，烧结法已成为玻璃陶瓷最热门的话题，其中较为成功的产品有铝硅酸盐的MgO- A12O3- Si02系统、BaO-A12O3- SiO2系统、ZnO- A12O3- Si02系统、CaO-A1203- SiO2系统的封接材料、齿科材料、蜂窝状热交换器等。
（三）溶胶-凝胶工艺[6]
溶胶一凝胶工艺能制备高均匀度与高纯度的材料，与传统玻璃工艺相比其制备温度要低得多，并可扩展其组成范围，制造不能用传统工艺制备的式样，现在的研究主要集中在高温、高强和高韧性等特种材料的制备，其研究系统主要集中在CaO-A1203- SiO2、CaO- SiO2-ZrO2、MgO- A1203- SiO2-TiO2等系统玻璃陶瓷。
随着溶胶一凝胶科学技术的发展，玻璃陶瓷材料的研究领域也大大地扩展了，利用溶胶一凝胶方法近年来获得了一系列重要的玻璃陶瓷材料，尤其在非线性光学、功能材料、电子材料等领域，这些新型的材料展示了重要的应用前景和特有的科学研究价值。
四、玻璃陶瓷的应用[7、8]
玻璃陶瓷具有热膨胀可调节性、耐腐蚀性、良好的抗热震性、高强度、低介电损耗以及高的机械可加工等优越综合性能。广泛应用于各个领域，下面列举玻璃陶瓷目前取得的主要应用。
（一）低膨胀和可调节膨胀的玻璃陶瓷
玻璃陶瓷所含晶体的大小一般在0.1 μm到10 μm之间。由于这些晶体是在均匀的原始玻璃中生长出来的，在各个方向上受到应力的影响也相同，因而它们的取向是无序的，这就保证了玻璃陶瓷在性能上不受各向异性很大的晶体的影响，有利于玻璃陶瓷强度的提高，也有利于可以在很大的范围内改变它的热膨胀系数，从负膨胀，零膨胀，一直到具有100×10-7 /℃以上的膨胀系数。
1.低膨胀玻璃陶瓷具有很高的热稳定性，使它成为制造炊具的理想材料，到目前为止它还是玻璃陶瓷最大的应用领域。此类材料的透射由“着色剂”的杂有意被限制，可通过调整，使透射只在可见红光的近红外区高，因为钨卤热灯发射的最大光谱在1 μm-2 μm的范围内，与玻璃陶瓷的最大透射一致，便于加热元件只在加热时能被看见，在此主要起装饰材料。
2.低膨胀或零膨胀玻璃陶瓷对温度变化特别不敏感，这类材料适合用于随要求温度改变，而尺寸稳定的应用中。应用于望远镜镜片和激光器外壳，前者减少光的失真，后者确保频率稳定性[7]。在激光器，即真空技术中，还要求低的放气和低的氦渗透率，氧化铝陶瓷具有很低的氦渗透率，但不具有零膨胀;聚石英和它的衍生物具有零膨胀，却显示出高的氦渗透率;玻璃陶瓷两者都可满足，如铿铝硅酸盐型玻璃陶瓷用于高稳定激光器的研制。
3.玻璃陶瓷有膨胀系数可以在很大范围内使它能和多种金属封接而成为焊料。
（二）透射电磁波的璃璃陶瓷
电磁波谱包含相当宽的频率范围，玻璃陶瓷对此范围有很多部分波的传输，具有相当大的潜力。玻璃陶瓷对微米毫米波是最重要的，尽管许多材料如:聚合物、玻璃、陶瓷
都具有良好的透射性，但还需根据其他要求如强度、耐火度、抗热冲击能力和抗固体粒或液体的冲击来确定。除此之外，影响该性能的最重要因素还有介电常数和介电损耗。部分透射信号因窗的内外表面反射而减少。反射部分与材料的介电常数有关。介电常数越高，反射频率越高。一般实际窗材料的介电常数在2.5-12，大多数玻璃陶瓷的介电常数在5-7的区域，玻璃陶瓷在可能发生明显受热的这些窗应用中具有潜在的优势。以这个应用为目的已在研究中的镁和锌铝硅盐型的玻璃陶瓷，具有介电常数随温度变化很小的特性。在斯坦福UK GEC Alsthom工程研究中心制作的这类材料的低损耗和低介电常数持续到高频(100 Hz)，适用于毫米波频率下的窗材料。
（三）用于微电子技术的玻璃陶瓷
最新技术的发展要求研制和开发其他元器件和组件材料。氧化铝陶瓷微电子元器件在微电子技术中占优势。
1.大面积设备元件和组件玻璃陶瓷已由GECAlsthom开发，其线膨胀特性与硅等匹配。这些材料能用大块材料切割而成，然后用如激光等技术加工成器件。另外，利用粉末制备法如湿态带铸法(带式流延法)，这个制备方法是玻璃粉末与通常的有机溶剂粘结剂等混合得到均匀的悬浮体，将悬浮体通过料斗流至移动的密胺携载膜上，用刮刀控制膜厚，在膜层干燥后，除去有机溶剂，得到胶带，此状态可被切割、打孔。在约100 ℃的温度下胶带迭压在二起，制备多层电路，在850-900℃的温度范围内烧结(微晶化)，即与厚膜导体和电阻性油墨烧制的温度范围一致。这比需要在1600 ℃烧结氧化铝的多层电路优越的多。
2.对高散热材料，新型陶瓷如氮化铝，有更高的热导率(约150 w/mk)和类似于硅的热膨胀系数，但价格昂贵。使其应用受到一定的限制。玻璃陶瓷虽热导率低(<2 w/mk)，在这方面仍能适用。已证明玻璃陶瓷在与其热膨胀世匹配的金属上形成涂层，厚度在100-125 μm范围内有很好的散热特性[10]。如GEC Alsthom开发的铜板玻璃陶瓷涂层比氮化铝有更好的散热效果。金属表面的玻璃陶瓷涂层更重要的特点是非常坚固，且可制成更大的尺寸。
3.在较高频率的应用中，氧化铝相对高的介电常数(微波频率下约10)在电路设计中，成了问题，较低介电常数材料是必要的。玻璃陶瓷在微波和毫米波下具有5-6的介电常数、低介电损耗、高强度和与其他元件匹配的热膨胀，被广泛应用于高频电路中，以荃青石为主晶相的镁铝硅酸盐适应用于薄膜电路和厚膜电路。
（四）耐火玻璃陶瓷
玻璃陶瓷的耐高温能力大多数比烧结陶瓷高如:A1203、ZrO2、SiC、Si3N4差，以等离子或弧焙能获得更高的温度，但这些技术仅限于有限的组成，已经证实镁铝硅酸盐类材料和钡硅酸盐类能经受超过1000℃的温度，然而在这方面做的最大改进是在选择的组分中引人氮。本质上，因为氮产生更牢固的玻璃键合，密度、硬度、杨氏模量和玻璃转变温度等性能随氮含量的增加而增大。氮氧化物玻璃也可晶化，生成的氮氧化物相对高温稳定性有重要的意义。如在Na-Si-Al-0-N系统中生成的晶相在1400-1450 ℃是稳定的。因此氮氧化物玻璃陶瓷具有较高的强度和硬度。
（五）可机械加工的玻璃陶瓷
可机械加工的玻璃陶瓷是70年代初期发展起来具有不同一般的综合性能的新型材料，通过机械加工成尺寸非常精确和样式多样的制品，加工后不需任何处理便可使用。这类材料的组成都较复杂，特别是其组成中均含有氟化物，已不是单纯的氧化物，而是氧化物和卤化物的混合物，析出的主晶相均为层状硅酸盐结构的氟云母，其最大的特点是具有极大的柔韧性。与其他玻璃或材料相比，表面缺陷对材料的强度不十分敏感，由于这两个特性，虽然其抗折强度并不很高，但可使它的强度能充分发挥应有的作用。可机械加工的玻璃陶瓷已应用于许多领域，如康宁合成云母材料，将某一组成氟云母的玻璃陶瓷与水或其他极性液体反应，得到非常小的并具有特殊高的纵横比的小晶片，随后通过适当的离子交换所得的具有独特性能的材料。这些材料可以是纸、薄膜、纤维、厚板或是涂层的形式，具有使用温度高、介电性能好、介电强度高、介电损耗小、化学稳定性高、高的抗拉强度等特点，而且薄膜状制品具有柔性和可折性等。这些材料可望能用作建筑上的防火纸或防火板、薄膜电容器、线路底板、以及作为柔性的电绝缘和隔热材料。
五、玻璃陶瓷的展望
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[9]。
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。可以预测,新型微晶玻璃材料将领导21世纪材料的新潮流.
参考文献：
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陶瓷与玻璃 教材内容：四年级第一学期（上海科技教育出版社） 教学目标： 1、初步了解陶瓷和玻璃的特性、用途和加工方式。 2、通过制作“陶珠”，通过比较区分黏土加热前后的性质变化。 3、简单了解一些人类利用、发明陶瓷和玻璃的历程。 4、欣赏精美的陶瓷和玻璃器皿，知道陶瓷的发明体现了我国古代劳动人民的智慧，从而增加民族自豪感。 教学重点： 通过实验，初步了解陶瓷和玻璃的特性。 教学难点: 通过体验陶泥加工成陶珠的过程，区别加热前后的变化，感知陶瓷的发明历程。 教学准备：玻璃与陶瓷制品，玻璃片，陶瓷勺，铁钉，黏土，陶珠，课件等。 教学课时: 1课时 教学过程： 一．观看视频，激发兴趣，引入新课 [3分钟] 1、开场：同学们，在学习今天的内容之前，先请大家观看一段视频。 2、学生观看陶瓷制作的过程。（视频） 师：刚才的这段视频向我们介绍了什么？师：对，向我们展现了古老的陶瓷制作工艺。板书：陶瓷 3、师：(出示不同的杯子) 问：老师这里有一些杯子，你能说说它们是什么杯子吗？请学生上来区分一下 板书：玻璃 追问：你们是怎么区别陶瓷杯和玻璃杯的？（透明度） 4、师：今天我们就来了解一下“陶瓷与玻璃”的一些特点。（完整板书：加个“与”字。）板书：陶瓷与玻璃（读一下课题）
二、观察与讨论，比较陶瓷和玻璃的特性 [12分钟] 1、过渡：刚才我们通过观看图片，从外观上就可以一眼判断出它们的不同点。 板书：不同点不透明透明 2、观察与讨论，完成学习任务单 师问：还可以从哪些方面比较陶瓷和玻璃的特性呢？（脆性、硬度、耐热性）、 3、师：同学们都作了一些猜测，但是我们还是要通过实验来证明一下。 4、观看视频：陶瓷、玻璃都摔碎了。 5、师：从刚才的视频中你们得出什么结论？ 师：对，这是它们的一个共同点。 板书：共同点易碎 6、师：刚才我们是通过视频了解到陶瓷与玻璃都容易碎，下面我们自己亲自动手做做小试验，再进一步了解他们的特点。 活动一： 要求：用小铁钉分别划玻璃和陶瓷，说说你的感受？ 学生动手实验，教师巡视。 交流感受，得出结论：板书：坚硬 小结：通过实验我们发现，陶瓷和玻璃都很坚硬。（手指板书，再次强化） 活动二： 师：当坚硬的陶瓷和玻璃遇到火时，会发生怎样的变化呢？再请同学们观看视频。师：当温度达到600-700度时，玻璃就软化了；而陶瓷要融化的话，温度要达到2000度以上。由此我们可以得出结论：陶瓷的耐高温性超过玻璃， 板书：陶瓷的耐高温性超过玻璃 7、完成学习任务单。（教师巡视） 8、小结：通过观察与实验，我们了解到：（指着板书让学生一起说他们的相同点和不同点。）
钢化玻璃生产工艺过程及工艺要点 【中国玻璃网】钢化玻璃是安全玻璃的一种，又称为淬火玻璃。通常使用化 学或物理方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承载外力时，首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，玻璃强度较普通平板玻璃大大提高。 钢化玻璃按照钢化方法可分为物理钢化玻璃和化学钢化玻璃，按照钢化程度可分为全钢化玻璃、半钢化玻璃和区域钢化玻璃三种。 钢化玻璃生产工艺过程： 生产钢化玻璃的物理钢化方法有风冷钢化、液冷钢化和微粒钢化等多种，其中最常用的是风冷钢化?物理钢化是把玻璃加热到低于软化温度后进行均匀的快速冷却，玻璃外部因迅速冷却而固化、而内部冷却较慢。当内部继续收缩时使玻璃表面产生压应力，而内部为张应力，从而提高了玻璃强度和耐热冲击性。物理钢化的主要设备是钢化炉，它由加热和淬冷两部分组成，按玻璃的输送方式又分为水平钢化炉和垂直钢化炉两种。钢化玻璃的生产工艺流程如下：玻璃原片准备一切裁、钻孔、打槽、磨边一洗涤、干燥一电炉加热一风栅淬冷一成品检验 (1)垂直钢化法垂直钢化法采用夹钳吊挂平板玻璃加热和吹风进行淬火，是最早使用的一种淬火方法。垂直钢化生产线主要由加热炉、压弯装置和钢化风栅三部分组成。经过原片准备、加工、洗涤、干燥和半成品检验等预处理的玻璃，用耐热钢夹钳钳住送入电加热炉中进行加热。 当玻璃加热到需要温度后，快速移至风栅中进行淬冷。在钢化风栅中用压缩空气均匀、迅速地喷吹玻璃的两个表面，使玻璃急剧冷却。在玻璃的冷却过程中，玻璃的内层和表层之间产生很大的温度梯度，因而在玻璃表面层产生压应力，内层产生拉应力，从而提高玻璃的机械强度和耐热冲击性。淬冷后的玻璃从风栅中移出并去除夹具，经检验后包装入库。 使用垂直法生产曲面钢化玻璃，有一步法和二步法两种。二步法是在钢化加
压电陶瓷材料及应用 一、概述 1.1电介质 电介质材料的研究与发展成为一个工业领域和学科领域，是在20世纪随着电气工业的发展而形成的。国际上电介质学科是在20世纪20年代至30年代形成的，具有标志性的事件是：电气及电子工程师学会（IEEE）在1920年开始召开国际绝缘介质会议，以后又建立了相应的分会（IEEE Dielectric and Electrical Insulation Society）。美国MIT建立了以Hippel教授为首的绝缘研究室。苏联列宁格勒工学院建立了电气绝缘与电缆技术专业，莫斯科工学院建立了电介质与半导体专业。特别是德国德拜教授在20世纪30年代由于研究了电介质的极化和损耗特性与其分子结构关系获得了诺贝尔奖，奠定了电介质物理学科的基础。随着电器和电子工程的发展，形成了研究电介质极化、损耗、电导、击穿为中心内容的电介质物理学科。 我国电介质领域的发展是在1952年第一个五年计划制定和实行以来，电力工业和相应的电工制造业得到迅速发展，这些校、院、所、首先在我国开展了有关电介质特性的研究和人才的培养，并开出了“电介质物理”、“电介质化学”等关键专业课程，西安交大于上海交大、哈尔滨工大等院校一道为我国培养了数千名绝缘电介质专业人才，促进了我国工程电介质的发展。80年代初中国电工技术学会又建立了工程电介质专业委员会。 近年来，随着电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术等新技术的兴起以及基础理论和测试技术的发展，人们创造各种性能的功能陶瓷介质。主要有： （1）、电子功能陶瓷如高温高压绝缘陶瓷、高导热绝缘陶瓷、低热膨胀陶瓷、半导体陶瓷、超导陶瓷、导电陶瓷等。 （2）、化学功能陶瓷如各种传感器、化学泵等。 （3）、电光陶瓷和光学陶瓷如铁电、压电、热电陶瓷、透光陶瓷、光色陶瓷、玻璃光纤等。（电介质物理——邓宏）
X X X X 大学 材料制备原理课程论文 题目微晶玻璃的制备方法与应用 学院材料科学与工程学院 专业班级无机072 学生姓名 2010 年 6 月11 日
微晶玻璃的制备方法与应用 摘要：微晶玻璃是一种由基础玻璃严格控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。由于其机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、介电损耗低、电绝缘性好等优越的综合性能，已在许多领域得到广泛的应用。本文来主要介绍微晶玻璃的制备方法及其应用。 关键词：微晶玻璃；制备；应用 1.引言 微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件（一定温度）下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃由玻璃相与结晶相组成。两者的分布状况随其比例而变化：当玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；当玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；当玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。这种结构也决定了其机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高的良好性能。 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。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 2.制备方法 微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要的有熔融法、烧结法、溶胶—凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。 2.1 熔融法 熔融后急冷，退火后在经一定的热处理制度进行成核和晶化以获得晶粒细小、含量多、结构均匀的微晶玻璃制品。热处理制度的确定是微晶玻璃生产的关键技术。作为初步的近似估计，最佳成核温度介于Tg 和比它高50℃的温度之间。晶化温度上限应低于主晶相在一个适当的时间内重熔的温度。通常是25℃～50℃。微晶玻璃的理想热处理制度见图1。 图1 微晶玻璃的理想热处理制度 常用的晶核剂有TiO2，P2O5，ZrO2，CaO，CaF2，Cr2O3、硫化物、氟化物。晶核剂的选择与基础玻璃化学组成有关，也与期望析出的晶相种类有关。Stooky指出，良好的晶核剂应具备如下性能：(1)在玻璃熔融成形温度下，应具有良好的溶解性，在热处理时应具有较小的溶解性，并能降低成核的活化能。(2) 晶核剂质点扩散的活化能要尽量小，使之在玻
玻璃陶瓷的特性与用途 一般，玻璃为非结晶质，认为是一种过冷却的液体。因而，若将玻璃在适当的温度下长时间保持，则会析出结晶。这称为失透。若玻璃失透，就会成为玻璃质量下降的原因，在实用玻璃中，应尽可能减少这种失透倾向。通常，由于玻璃的失透而析出的结晶，其颗粒是粗大(5—50um)的，也像乳浊玻璃那样，其结晶量总是非常少的。 对此，利用这种失透现象，人为地控制结晶的种类与成长，使玻璃的一部分或全部变成微结晶的(1ym以下)集合体，这就成为玻璃陶瓷。 玻璃陶瓷兼有玻璃与瓷的优点，具有玻璃的良好成形性与铰的优异电气特区，因系微结晶的集合体，其机械特性也是优异的．义出于控制了玻璃的成分和析出的微结晶的种类和数量竿，改变了热膨胀特性、耐急热急冷持性等性质。然而，与玻璃一样，因大型制品和壁厚制品难于制造，只限于用其制造配电用线路间隔绝缘于、小形套管等比较小型的制品。 玻璃陶瓷的制造方法除析出微结晶的热处理工序以外，与普通玻璃的制造方法几乎是一样的。即热处理时含有作为生成结晶核作用的晶核形成剂，将所规定的原料配合物在高温下完全熔融，制成均质的玻璃以后，采用与通常的玻璃成形法一样的方法按所要物体形状成形并钝化。即将此玻璃成形体在电炉等的热处理炉中，在比玻璃软化变形温度稍低的温度下保持一定时间，使之产生晶核，再提高温度，并保持恒温，以晶核为中心使之析出—次结晶，根据需要还可再升高温度并保持恒温，以制成进行二次结晶析出及使残余玻璃结晶化的制品。 在玻璃陶瓷的制造工序，必须注意的是在热处理工序中作为目的的微结晶颗粒要尽可能的小均匀地析出来，为此，对热处理工序中的温度控制和炉内温度分布必须非常精确。 这样的工序是复杂的，原料成本也是向的，因而制而的成个也就高。 支配玻璃陶瓷特性的各种基本因素及其支配关系如表4.1 所示。在表4.1所示的因素中，结晶的种类支配力最，而其他因素也有很大影响。
二硅酸锂微晶玻璃材料综述 何志龙-3112007045 （金属材料强度国家重点实验室， 西安交通大学材料科学与工程学院，西安710049） 摘要：微晶玻璃以其优异的力学、化学、生物等性能，在国防、航空、建筑、电子、光学、化工、机械及医疗等领域作为结构材料、技术材料、光学材料、电绝缘材料等而获得广泛应用，吸引了许多研究者的关注。本文在参考学习了诸多相关文献的基础上，对微晶玻璃材料的制备、性能、应用及研究进展进行了论述，列举了人们在该领域取得的重要研究进展，以及微晶玻璃材料领域存在的研究难题。 关键词：晶化，微晶玻璃，综述，非均匀成核 1 研究背景与意义 自从1957年，美国康宁公司著名玻璃化学家S.D.Stookey研制出第一种微晶玻璃以来，微晶玻璃就凭借其组分广泛、性能优异、品种繁多而著称。由于析出的晶粒尺寸可控，与界面结合强度高，抗弯强度可以达到200MPa以上，大量微晶玻璃体系涌现出来，它们的形成机制也得到大量深入研究。 微晶玻璃又称玻璃陶瓷，它是将某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行控制晶化，制得的一种同时含有微晶相和玻璃相的多晶固体材料。在热处理过程中，基础玻璃内部产生晶核及晶体长大，因为析出的晶体非常小，被称作微晶玻璃。 微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃。微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或易产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1-0.5μm）和残余玻璃组成的复相；而玻璃则是非晶态或无定形体。微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。 2 微晶玻璃分类 按照基础玻璃的组成，微晶玻璃主要有以下四大类： （1）硅酸盐类微晶玻璃 由碱金属、碱土金属的硅酸盐晶相组成，主晶相有：透辉石、顽辉石、硅灰石、二硅酸锂等，这些晶相的种类影响微晶玻璃的性能。其中，最早研究的矿渣微晶玻璃和光敏微晶玻璃属此类。
玻璃的热历史对性能的影响 玻璃的热历史:是指玻璃从高温液态冷却，通过转变温度区域和退火温度区域的经历。玻璃的物理、化学性能在很大程度上决定于它的热历史。对某一玻璃成分来说，一定的热历史必然有其相应的结构状态，而一定的结构状态必然反映在它外部的性质。例如急冷(淬火)玻璃较慢冷(退火)玻璃具有较大的体积和较小的粘度。在加热过程中，淬火玻璃加热到300~400℃时，在热膨胀曲线上出现体积收缩，伴随着体积收缩还有放热效应。这种现象在良好的退火玻璃的膨胀曲线上并不存在。 为了正确理解玻璃的结构、性质随热历史的递变规律，首先必须认识玻璃在转变温度区间的结构及其性质的变化情况玻璃在转变区的结构、性能的变化规律玻璃熔体自高温逐渐冷却时，要通过一个过度温度区，在此区域内玻璃从典型的液体状态，逐渐转变为具有固体各项性质(即弹性、脆性等)的物体。这一区域称之为之转变温度区域。一般以通用符号Tf 和Tg分别表示玻璃转变温度区的上下限：Tf—通称膨胀软化温度Tg—通称转变温度上述两个温度均与试验条件有关，因此一般以粘度作为标志，即Tf相当于η=108~10Pa·S时的温度，Tg相当于η=1012.4Pa·S时的温度。 玻璃在转变温度范围的性质变化在Tt和Tg转变温度范围内，由于温度较低，粘度较大，质点之间将按照化学键和结晶化学等一系列的要求进行重排，是一个结构重排的微观过程。因此玻璃的某些属于结构灵敏的性能都出现明显的连续反常变化，而与晶体熔融时的性质突变有本质的不同，所示，其中G表示热焓，比容等性质；表示其对温度的导数如热容，线膨胀系数等；表示与温度二阶导数有关的各项性质如导电系数、机械性质等。曲线均有三个线段：低温线段和高温线段，其性质几乎与温度变化无关；中间线段，其性质随着温度而急速改变。Tg~Tf温度区间的大小决定于玻璃的化学组成。对一般玻璃来说，这一温度区间的变动范围由几十度到几百度。在Tg~Tf范围内及其附近的结构变化情况，可以从三个温度范围来说明：在Tf以上由于此时温度较高，玻璃粘度相应较小，质点的流动和扩散较快，结构的改变能立即适应温度的变化，因而结构变化几乎是瞬时的，经常保持其平衡状态。因而在这温度范围内，温度的变化快慢对玻璃的结构及其相应的性能影响不大。在Tg以下：玻璃基本上已转变为具有弹性和脆性特点的固态物体，温度变化的快慢，对结构、性能影响也相当小。当然，在这温度范围(特别是靠近Tg时)玻璃内部的结构组团间仍具有一定的永
微晶玻璃 摘要：本文介绍了微晶玻璃与普通玻璃和陶瓷的区别，通过分析组成将其分类。 同时描述了微晶玻璃的制备，性质，应用，浅析其发展趋势。 关键词：微晶玻璃组成制备性能应用 Abstract：This paper introduces the difference between microcrystalline glass and common glass and ceramics. Through the analysis of composition classified microcrystalline glass. At the same time, also describe microcrystalline glass’s preparation, property and application. Analysisthe trend of its development. Keywords: Microcrystalline glass preparation property application trend 1 前言 微晶玻璃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。但晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃。微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的[1]。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。 2分类及其组成 目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同。通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等 晶玻璃的组成在很大程度上决定其结构和性能。按照化学组成微晶玻璃主要分为四类：硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐微晶玻璃，氟硅酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃。 2.1 硅酸盐微晶玻璃 简单硅酸盐微晶玻璃主要由碱金属和碱土金属的硅酸盐晶相组成，这些晶相的性能也决定了微晶玻璃的性能。研究最早的光敏微晶玻璃和矿渣微晶玻璃属于 这类微晶玻璃。光敏微晶玻璃中析出的主要晶相为二硅酸锂（Li 2Si 2 O 5 ），这种晶 体具有沿某些晶面或晶格方向生长而成的树枝状形貌，实质上是一种骨架结构。
钢化玻璃生产工艺原理
1、工艺过程： 工艺过程： 钢化玻璃是将玻璃加热到接近软化化温度（这时处于粘性流动状态）——这个温度范围我 们称为钢化温度范围（620℃—640℃），保温一定时间，然后骤冷而成的，下面简单叙述钢化玻 璃在加热和骤冷过程中的温度变化及应力形成过程。 开始加热阶段： a. 开始加热阶段： 玻璃片由室温进入钢化炉加热，由于玻璃是热的不良导体，所以此时内层温度低，外层温 度高，外层开始膨胀，内层未膨胀，所以此时外层的膨胀受到内层的抑制表面产生了暂时的压应 力，中心层为张应力，由于玻璃的抗压缩度高，所以虽然快速加热，玻璃片也不破碎。 注：从这里可以了解到玻璃一进炉，由于玻璃内外层有温差造成了，玻璃内外层的应力， 因此厚玻璃要加热慢一点，温度低一点，否则因内外温差太而造成玻璃在炉内破裂。 继续加热阶段： b. 继续加热阶段： 玻璃继续加热，玻璃内外层温差缩小等内外层都达到钢化温度时玻璃板内等应力。 开始骤冷阶段（ 1.5— c. 开始骤冷阶段（在开始吹风的前 1.5—2 秒） 玻璃片由钢化炉进入风栅吹风，表面层温度下降低于中心温度，表面开始收缩，而中心层 没有收缩， 所以表面层的收缩受到中心层的抑制， 使表面层受到暂时张应力， 中心层形成压应力。 继续骤冷阶段： d. 继续骤冷阶段： 玻璃内外层进一步骤冷，玻璃表面层已硬化（温度已降到 500℃以下），停止收缩，这时 内层也开始冷却、收缩，而硬化了的表面层抑制了内层的收缩，结果使表面层产生了压应力，而 在内层形成了张应力。 继续骤冷（ 秒内） e. 继续骤冷（12 秒内） 玻璃内外层温度都进一步降低，内层玻璃在此时降到 500℃左右，收缩加速，在这个阶段
锆钛酸铅压电陶瓷的制备实验 引言： 压电陶瓷 我们将具有压电效应的陶瓷称为压电陶瓷，而压电效应分为正压电效应和负压电效应。 ★正压电效应：当对某些晶体施加压力、张力或切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端面将出现数量相等、符号相反的束缚电荷，这种现象称为正压电效应，如下图所示； ★逆压电效应：当在晶体上施加电场引起极化时，将产生与电场强度成比例的变形或机械应力，这种现象称为逆压电效应。 注：实线代表形变前的情况； 虚线代表形变后的情况。 自从十九世纪五十年代中期，由于钙钛矿的 PZT 陶瓷具有比 BaTiO3更为优良的压电和介电性能，因而得到广泛的研究和应用。图 1-1 为 Pb(Zr x Ti 1-x )O 3体系的低温相图[1]。在居里温度以上时，立方结构的顺电相为稳定相。在居里温度以下，材料为铁电相，对于富 Ti 组分（0≤x ≤0.52）为四方相；而低 Ti 组分（0.52≤x ≤0.94）为三方相。两种晶相被一条 x=0.52 的相界线分开。在三方相区中有两种结构的三方相：高温三方相和低温三方相，这两种三方相的区别在于前者为简单三方晶胞，后者为复合三方晶胞。在靠近 PbZrO3组分（0.94≤x ≤1）的地方为反铁电区，反铁电相分别为低温斜方相和高温四方相。 正压电效应示意图
如图 1-2 所示[10]，对于四方相，自发极化方向沿着六个<100>方向中的一个方向进行，而三方相的自发极化方向沿着八个<111>方向中的一个方向进行。由于自发极化方向的不同，在不同的晶体结构中产生不同种类的电畴，在四方相中产生 180o 和 90o电畴，三方相中产生 180o、109o、71o电畴。 一、实验目的： 本实验主要是通过对具有压电性能的陶瓷材料PZT（锆钛酸铅）的制备来掌握特种陶瓷材料的整个工艺流程，并掌握一定的性能测试手段。 二、实验仪器： 电子天平、粉末压片机、箱式电阻炉、成型模具、温度控制仪、准静态d33测量仪、极化装置、阻抗分析仪等。 三、实验原理： 实验室制备PZT压电陶瓷的工艺路线为： 配方设计→PZT粉体混合研磨制备→预烧→成型→排塑→烧结→上电极→极化→性能
压电陶瓷及其应用 一. 概述 压电陶瓷是一种具有压电效应的多晶体，由于它的生产工艺与陶瓷的生产工艺相似（原料粉碎、成型、高温烧结）因而得名。 某些各向异性的晶体，在机械力作用下，产生形变，使带电粒子发生相对位移，从而在晶体表面出现正负束缚电荷，这种现象称为压电效应。晶体的这种性质称为压电性。压电性是J·居里和P·居里兄弟于1880年发现的。几个月后他们又用实验验证了逆压电效应、即给晶体施加电压时，晶体会产生几何形变。 1940年以前，只知道有两类铁电体（在某温度范围内不仅具有自发极化，而且自发极化强度的发向能因外场强作用而重新取向的晶体）：一类是罗息盐和某些关系密切的酒石酸盐；一类是磷酸二氢钾盐和它的同品型物。前者在常温下有压电性，技术上有使用价值，但有易溶解的缺点；后者要在低温（低于—14 C）下才有压电性，工程使用价值不大。 1942-1945年间发现钛酸钡（BaTiO）具有异常高的介电常数，不久又发现它具有压电性，BaTi O压电陶瓷的发现是压电材料的一个飞跃。这以前只有压电单晶材料，此后出现了压电多晶材料——压电陶瓷，并获得广泛应用。1947年美国用BaTiO陶瓷制造留声机用拾音器，日本比美国晚用两年。BaTiO存在压电性比罗息盐弱和压电性随温度变化比石英晶体大的缺点。 1954年美国B·贾菲等人发现了压电PbZrO-PbTiO(PZT)固溶体系统，这是一个划时代大事，使在BaTiO时代不能制作的器件成为可能。此后又研制出PLZT透明压电陶瓷，使压电陶瓷的应用扩展到光学领域。
迄今，压电陶瓷的应用，上至宇宙开发，下至家庭生活极其广泛。 我国对压电陶瓷的研究始于五十年代末期，比国外晚10年左右，目前在压电陶瓷的试制、工业生产等方面都已有相当雄厚力量，有不少材料已达到或接近国际水平。 二. 压电陶瓷压电性的物理机制 压电陶瓷是一种多晶体，它的压电性可由晶体的压电性来解释，晶体在机械力作用下，总的电偶极矩（极化）发生变化，从而呈现压电现象、因此压电性与极化，形变等有密切关系。 1. 极化的微观机理 极化状态是电场对电介质的荷电质点产生相对位移的作用力与电荷间互相吸引力的暂时平衡统一的状态。极化机理主要有三种。 （1）电子位移极化——电介质的原子或离子在电场力作用下，带正电原子核与壳层电子的负电荷中心出现不重合。 （2）离子位移极化——电介质正、负离子在电场力作用下发生相对位移，从而产生电偶极矩。 （3）取向极化——组成电介质的有极分子，有一定的本征（固有）电矩，由于热运动，取向无序，总电矩为零，当外加电场时，电偶极矩沿电场方向排列，出现宏观电偶极矩。 对于各向异性晶体，极化强度与电场存在有如下关系 m，n=1，2，3 式中为极化率，或用电位移写成：
1 绪论 1.1 微晶玻璃的定义 1.1.1 定义及特性 微晶玻璃（glass-ceramic）又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。 玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它是一种亚稳态，较之晶态具有较高的内能，在一定的条件下，可转变为结晶态。从动力学观点看，玻璃熔体在冷却过程中，黏度的快速增加抑制了晶核的形成和长大，使其难以转变为晶态。微晶玻璃就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件而获得的新材料。 微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃。微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。 尽管微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃和陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多相特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，成为一类独特的新型材料。 微晶玻璃具有很多优异的性能，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。如热膨胀系数可在很大范围内调整（甚至可以制得零膨胀甚至是负膨胀的微晶玻璃）；机械强度高；硬度大，耐磨性能好；具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；软化温度高，即使在高温环境下也能保持较高的机械强度；电绝缘性能优良，介电损耗小、介电常数稳定；与相同力学性能的金属材料相比，其密度小但质地致密，不透水、不透气等。并且微晶玻璃还可以通过组成的设计来获取特殊的光学、电学、磁学、热学和生物等功能，从而可作为各种技术材料、结构材料或其他特殊材料而获得广泛的应用。 微晶玻璃的性能主要决定于微晶相的种类、晶粒尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。以上诸因素，又取决于原始玻璃的组成及热处理制度。热处理制度不但决定微晶体的尺寸和数量，而且在某些系统中导致主晶相的变化，从而使材料性能发生显著变化。另外，晶核剂的使用是否适当，对玻璃的微晶化也起着关键作用。微晶玻璃的原始组成不同，其主晶相的种类不同，如硅灰石、β-石英、β-锂辉石、氟金云母、尖晶石等。因此通过调整基础玻璃成分和工艺制度，就可以制得各种符合性能要求的微晶玻璃。 1.1.2 微晶玻璃的种类 目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同。通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等。表1-1列出了常用微晶玻璃的基础组成、主晶相及其主要特性。 表1-1常用微晶玻璃的组成、主晶相及主要特性
L O W-E镀膜钢化玻璃生产工 艺(总4页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除
LOW－E镀膜钢化玻璃生产工艺 [转贴 2007-10-04 22:23:22 ] 发表者: peony2008 低辐射玻璃以其特有的热反射特性，具有较高的节能保温的效果，越来越受建材、冰柜等的平板玻璃消费领域的欢迎。平板玻璃消费在注重环保节能的同时，也关注使用材料的强度以及安全性。在线低辐射（LOW－E）镀膜玻璃热反射的良好性能以及良好的可热加工性能，深受客户欢迎。在线LOW－E镀膜玻璃的热反射特性，生产高品质的LOW－E镀膜钢化玻璃，需要特殊的生产工艺。 1 钢化玻璃的基本过程与设备 1．1 玻璃钢化的基本原理与特点 玻璃钢化的过程是将平板玻璃制品加热到玻璃600℃左右，这时制品仍能保持原来的形状，但玻璃中粒子已有一定的迁移能力，进行结构调整，足以使内部存在的应力很快消除，然后快速冷却。快速冷却时，玻璃中央内部还未硬化之前表面层已经收缩凝固，这样在继续冷却过程中，玻璃中央内部较业已凝固的表面层收缩得多些，就会形成近似抛物线形状的应力分布，板的中心层为最大的拉伸力，在表面层为最大的压应力。玻璃的表面形成均匀压应力，提高了玻璃作为脆性材料的抗张强度，从而使玻璃的抗弯曲和抗冲击强度得到提高。同时，由于玻璃内部均匀应力的存在，一旦玻璃局部受到超过其强度能承受的冲击发生破裂时，在内部应力的作用下，立刻自爆为小颗粒，提高了材料的安全性。 1．2 玻璃钢化设备
目前采用的玻璃钢化设备是美国GLASSTECH水平钢化系统，由上片台、加热炉、强制冷却风栅、下片台等组成。玻璃在加热炉内完成加热过程，电炉内部空间被炉内水平、相隔一定间距放置的数十根陶瓷辊道分隔为上下两个加热空间，分别由顶部与底部的电热丝加热，电脑自动控制整个加热过程。玻璃在风栅区经受强力气流的强制冷却，该区域被水平放置、绕有石棉绳、相隔一定间距的辊道分为上下两个冷却空间，分别对玻璃的上下两个表面进行快速冷却，气流总压、上下风栅的气流分压力可以单独调节。 1．3 钢化过程加热特性 玻璃进入加热炉后，由陶瓷辊道支撑，在连续正、反向转换转动的陶瓷辊道带动下，进行往复运动，完成均匀加热。玻璃上表面吸收热量主要依靠顶部电热丝的热辐射、玻璃往复运动时造成的气体对流和自然对流传热。根据热传递的效能规律，在此情况下，热辐射是最为首要的加热形式；玻璃中部温度的升高，是靠玻璃表面向内的热传导以及吸收辐射热得以实现的；玻璃下表面除了下部辐射板的热辐射、玻璃往复运动造成的气体对流和自然对流加热外，由于玻璃下表面与处于高温状态的陶瓷辊道直接接触，陶瓷辊道以热传导方式直接对玻璃下表面传递热量。运动中的陶瓷辊道不断接受来自于下部辐射板辐射热以及下部空间的对流传热。因高效、快速的热传导作用，在相同温度条件下，下表面的升温速率大于上表面的升温速率，玻璃进炉初期，效果更明显。这正是一 般钢化玻璃生产工艺温度设定时，将上区温度设定高于下区温度设定10～20℃，以使上下表面升温趋以平衡的原因。 1．4 钢化过程的强冷特性
第二章压电陶瓷测试 2.4 NBT基陶瓷的极化与压电性能测试 2.4.1 NBT基陶瓷的极化 1. 试样的制备 为对压电陶瓷进行极化和性能测试，烧结后的陶瓷需要进行烧银处理。烧银就是在陶瓷的表面上涂覆一层具有高导电率，结合牢固的银薄膜作为电极。电极的作用有两点：（1）为极化创造条件，因为陶瓷本身为强绝缘体，而极化时要施加高压电场，若无电极，则极化不充分；（2）起到传递电荷的作用，若无电极则在性能测试时不能在陶瓷表面积聚电荷，显示不出压电效应。 首先将烧结后的圆片状样品磨平、抛光，使两个平面保持干净平整。然后在样品的表面涂覆高温银浆（武汉优乐光电科技有限公司生产，型号：SA-8021），并在一定温度干燥。将表面涂覆高温银浆的样品放入马弗炉进行处理，慢速升温到320~350℃，保温15min 以排除银浆中的有机物，快速升温到820℃并保温15min后随炉冷却，最后将涂覆的银电极表面抛光。 2. NBT基压电材料的极化 利用压电材料正负电荷中心不重合，对烧成后的压电陶瓷在一定温度、一定直流电场作用下保持一定的时间，随着晶粒中的电畴沿着电场的择优取向定向排列，使压电陶瓷在沿电场方向显示一定的净极化强度，这一过程称为极化[70]。极化是多晶铁电、压电陶瓷材料制造工艺中的重要工序，压电陶瓷在烧结后是各向同性的多晶体，电畴在陶瓷体中的排
列是杂乱无章的，对陶瓷整体来说不显示压电性。经过极化处理后，陶瓷转变为各向异性的多晶体，即宏观上具有了极性，也就显示了压电性。 对于不同类型的压电陶瓷，进行合适的极化处理才能充分发挥它们最佳的压电特征。决定极化条件的三个因素为极化电压、极化温度和极化时间。为了确定NBT基压电材料的最佳极化条件，本文采用硅油浴高压极化装置（华仪电子股份有限公司生产，型号：7462）详细研究了样品的极化行为，并确定了最佳的极化条件。 2.4.2 NBT基陶瓷的压电性能测试 1．压电振子及其等效电路 图2.11 压电振子的等效电路 利用压电材料的压电效应，可以将其按一定取向和形状制成有电极的压电器件。输入电讯号时，若讯号频率与器件的机械谐振频率f r一致，就会使器件由于逆压电效应而产生机械谐振，器件的机械谐振又可以由于正压电效应而输出电讯号，这种器件称为压电振子，广泛用于制作滤波器、谐振换能器件和标准频率振子。在其谐振频率附近的电特征可用图2.11来表示，它由电容C1，电感L1和电阻R1的串连支路与电容C0并联而成，在谐振频率附近可以认为这些参数与频率无关。 2．压电材料的性能测试 压电参数的测量以电测法为主。电测法可分为动态法、静态法和准静态法。动态法是
玻璃材料的制备与性 能测试 学校：吉林化工学院 班级：材化1001 姓名：+++++ 学号：+++++++ 指导教师：陈+++
题目：建筑装饰用微晶玻璃的研制 文献综述 摘要：微晶玻璃是一种由基础玻璃严格控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。由于其机械强度高、热膨胀性可调、抗热震性好、耐化学腐蚀、介电损耗低、电绝缘性好等优越的综合性能，已在许多领域得到广泛的应用。本文来主要介绍微晶玻璃的制备方法及其应用。 关键词：微晶玻璃；制备；应用 前言 微晶玻璃是将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件（一定温度）下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃由玻璃相与结晶相组成。两者的分布状况随其比例而变化：当玻璃相占的比例大时，玻璃相为连续的基体，晶相孤立地均匀地分布在其中；当玻璃相较少时，玻璃相分散在晶体网架之间，呈连续网状；当玻璃相数量很低，则玻璃相以薄膜状态分布在晶体之间。这种结构也决定了其机械强度高，绝缘性能优良，介电损耗少，介电常数稳定，热膨胀系数可在很大范围调节，耐化学腐蚀，耐磨，热稳定性好，使用温度高的良好性能。 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。是具有发展前途
的21世纪的新型材料。微晶玻璃是由特定组成的基础玻璃在一定温度下控制结晶而制得的晶粒细小并均匀分布于玻璃体中的多晶复合材料。与玻璃、陶瓷相比较,其结构和性质均不相同, 微晶玻璃的性质由其中的结晶相矿物组成与玻璃的化学组成及其数量决定的[ 1 ]。因此,它集中了玻璃、陶瓷两者的特点,故又称之为玻璃陶瓷或结晶化玻璃。 一、微晶玻璃在国内外应用和市场情况 建筑微晶玻璃自1959年试验成功后,在世界各国得到了飞速发展。在欧美,最先作为建筑装饰材料而进行工业化生产的是矿渣微晶玻璃和岩石微晶玻璃[ 2 ]。前苏联于20世纪60年代中期就报导了炉渣微晶玻璃作为建材已实用化; 捷克斯洛伐克于20世纪70年代初,通过熔融铸造玄武岩,制成了耐磨性地板材料;美国于20世纪70年代初生产出了建筑岩石微晶玻璃装饰板。在亚洲,日本是开发建筑用微晶玻璃最早的国家,主要采用熔融烧结法进行建筑用微晶玻璃人造大理石的生产,生产技术和产品质量都代表了微晶玻璃装饰板的世界先进水平。韩国紧跟日本之后生产出了高档微晶玻璃装饰板。我国对微晶玻璃装饰材料的研制开发始于20世纪70 年代中期, 发展较快, 现已初具规模。在研发初期,大多采用浇注法整体晶化的方法来生产微晶玻璃板, 但发现热处理过程中易出现变形和开裂, 产品质量很不稳定, 生产成本高[ 3 ]。20世纪90年代初,在借鉴国外发达国家( 主要是日本)的先进经验的基础上, 采用熔融烧结法研5 1宝钢技术2010年第制开发的微晶玻璃装饰板生产技术取得了突破性进展,成功地解决
玻璃陶瓷选论 罗传峰 玻璃 一、名词解释： 非桥氧；硼氧反常性；转变温度区；桥氧；混合碱效应；硼反常性 答：非桥氧：仅与一个成网离子相键连，而不被两个成网多面体所共的氧离子则为非桥氧。 硼氧反常性：在一定范围内，碱金属氧化物提供的氧，不像在熔融石英玻璃中作为非桥氧出现于结构中，而是使硼氧三角体（B0）转变成为完全由桥氧组成 的硼氧四面体，导致B03玻璃从原来两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质，与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，相应地向着相反的方向变化，这就是所谓硼氧反常性。 转变温度区：玻璃熔体自高温逐渐变冷却时，要通过一个过渡温度区，在此区域内玻璃从典型的液体状态，逐渐转变为具有固体各项性质的物体。这一区域称之为转变温度区。 桥氧：玻璃网络中作为两个成网多面体所共有顶角的氧离子，即起“桥梁”作用的氧离子。 混合碱效应：在二元碱玻璃中，当玻璃中碱金属氧化物的总含量不变，用一种碱金属氧化物逐步取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值。这一效应叫做混合碱效应。 硼反常性：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，往往在性质变化曲线中产生极大值和极小值， 这现象也称为硼反常性。 二、问答题：1、简述玻璃结构中阳离子的分类，及其在玻璃结构中的作用 答：按元素与氧结合的单键能的大小和能否形成玻璃，分为三类：网络生成
体氧化物：能单独生成玻璃，在玻璃结构中能形成各自特有的网络体系。网络外体氧化物：不能单独生成玻璃，当阳离子M电场强度较小时，断网作用，电场强 度较大时积聚作用。中间体氧化物：当配位数》6时，阳离子处于网络之外，与网 络外体作用相似；当配位数为4时能参加网络起网络生成体作用。 2、简述玻璃在Tg—Tf范围内及其附近的结构变化情况。 答：在Tg—Tf范围内及其附近结构变化中可以从三个温度范围说明： 1.Tf以上，粘度小，质点流动层扩散速度快，结构变化快，瞬间可达平衡。 2.Tg以下， 玻璃基本上已经转化为具有弹性以及脆性等特点的固态物体，此温度范围内结构变化远远落后于温度变化。3.Tg —Tf范围:粘度介于上述二者之间，质点可适当移动，构造状态趋向平衡所需时间较短。此时温度范围决定了玻璃结构状态以及结构灵敏性能。 3、逆性玻璃中，“逆性”的含义是什么？ 答：1在结构上，一般玻璃的结构以玻璃形成物为主体，金属离子处于网络的空穴中，它仅起补 网作用，逆性玻璃与通常玻璃是相逆的，即决定玻璃聚结程度的不是多面体之间的连接，而是金属离 子多面体短链中氢离子的结合。2逆性玻璃在性质上也发生逆转性，一般玻璃的性质是随SiO2的减 少而降低，在逆性玻璃中则相反，碱金属和碱土金属含量越多，结构越强固，而某些物理性质都向玻璃的相反方向变化。 第六章玻璃的化学稳定性 1、试述水、酸、碱、大气对玻璃的侵蚀过程。 答：1水，水对玻璃的侵蚀幵始于水中的H+和玻璃中的Na+离子进行交换，通 过反应间接破坏硅氧骨架，并且水分子也可以直接破坏硅氧骨架，从而造成对玻璃的侵蚀，但是产物硅酸凝胶会减低侵蚀的速度。2酸，酸对玻璃的侵蚀是通过水的作用侵蚀玻璃，产物金属氢氧化物要受到酸的中和。中和作用起着两种相反的效果，一是使玻璃和水溶液之间的离子交换反应加速进行，从而增加玻璃的失重，二是降低溶液的pH 值，
钢化玻璃加工流程-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
东莞市炬辉玻璃制品有限公司 玻璃加工简介： 玻璃一般有很多种：浮法玻璃、国产超白玻、美国PPG超白玻、3-8厘水银镜、高级银镜、铝镜、仿古镜（古董镜）、欧洲灰玻、蓝星灰玻、黑玻、绿玻、玻璃马塞克等高质量玻璃。 加工工艺也很复杂，一般玻璃厂主要工艺有：工艺喷砂、药水砂、玻璃蒙砂、激光雕刻、贴防爆膜、上油焗漆、水平钢化、热弯、玻璃开凹、玻璃钻孔、银镜去水银、工艺logo、玻璃磨直边、玻璃磨鸭嘴边、玻璃磨圆边等。 玻璃加工厂的主要加工方向有家具玻璃加工、家私玻璃加工、展柜玻璃加工、建筑玻璃加工等。不同玻璃厂家主要加工方向不同也会略有差异。 直边钢化安全角玻璃加工流程： 玻璃加工虽然不是一个很复杂的加工，但对于很多人来讲都不能清楚的了解到玻璃加工的整个过程。了解钢化玻璃加工的整个流程，方便我们更加了解玻璃行业的进度以及加工程序。下面让炬辉玻璃为您详细描述一下吧。 首先我们先来了解“5MM超白玻璃，加工：直边钢化安全角”的流程吧： 一、开介
一般使用开介推刀或者玻璃刀进行开介，尺寸误差范围一般控制在±0.5mm； 玻璃加开介时，一般需要按照形状及厚度等因素为磨边工序预留尺寸，要留够磨边位置，不同厚度的玻璃留位不同，一般为2- 3MM，异形的要另外多加，开介的就不用加了。由于开界口比较锋利,工厂一般不作其它工艺加工，因此需要特别注明。异型开界需要每条异型边预大50毫米进行方形开界，然后按照异型模板进行第二次开介。 二、直边 使用直线磨边机（单边机和双边机）进行加工，包括粗磨，精磨，抛光一次完成； 直线磨边包括直边、直圆边、直鸭嘴边(≥6mm)，特殊角度要求及特殊去留尺寸要求的磨边加工成本不一样； 进框及不需要钢化的玻璃可以考虑不磨边，进框但需要钢化的玻璃可以考虑粗磨边，不磨边的玻璃需要考虑员工操作及客房使用时的安全隐患。 三、倒角 使用异型机或倒角机进行加工； 倒安全角(R1-R3)、倒圆角、斜边倒角、特殊倒角； 需要钢化的玻璃不可以直角切角，需要倒圆角直径尺寸就大于玻璃厚度尺寸，否则同样会引起玻璃钢化过程爆片。
压电陶瓷的特性及应用举例 芯明天压电陶瓷以PZT锆钛酸铅材料为主，主要利用压电陶瓷的逆压电效应，即通过对压电陶瓷施加电场，压电陶瓷产生纳米级精度的致动位移。 芯明天压电陶瓷 Δ压电效应 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指压电陶瓷受到特定方向外力的作用时，在压电陶瓷的正负极上产生相反的电荷，当外力撤去后，又缓慢恢复到不带电的状态；逆压电效应是指在对压电陶瓷的极化方向上施加电压，压电陶瓷会随之发生形变位移，电场撤去后，形变会随之消失。
Δ纳米级分辨率 压电陶瓷的形变量非常小，一般都小于1%，虽然形变量非常小，但可通过改变电场强度非常精确地控制形变量。 压电陶瓷是高精度致动器，它的分辨率可达原子尺度。在实际使用中，压电陶瓷的分辨 率通常受到产生电场的驱动控制器的噪声和稳定性的限制。 Δ大出力 压电陶瓷产生的最大出力大小取决于压电陶瓷的截面积，对于小尺寸的压电陶瓷，出力 通常达到数百牛顿的范围，而对于大尺寸的压电陶瓷，出力可达几万牛顿。
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