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玻璃陶瓷的发展
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| (发布日期:2007-3-13 23:11:22) |
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随着社会的发展和进步，新技术和高科技的发展都迫切需要研制与开发一系列新型材料。目前玻璃陶瓷材料正面向扩展材料的组成、调节显微结构和开拓新工艺方向发展，以开发具有更多性能与功能的新材料。
一、开发新型玻璃陶瓷材料
1、高力学性能的玻璃材料
氮氧玻璃陶瓷是80年代开始研制的新型高强材料，其特点是以氮替代玻璃结构中的部分氧离子，替代度可达50％左右。由于Si-N的高键强及致密的结构，使材料的强度、弹性模量、硬度及软化温度都显著提高。
复合材料是提高玻璃陶瓷力学性能的又一有效途径。可以将具有不同于玻璃陶瓷基体的纤维或晶须与之复合，也可以用金属等其它材料与之复合，还可以将玻璃陶瓷的纤维或小球体复合到其它基体中。发现用SiC晶须增强MgO—Al2O3—SiO2基的玻璃陶瓷，其抗折强度与断裂韧性分别为490MPa及3.7MPam1/2，比未增强者提高2倍左右。
玻璃陶瓷的微观结构对材料的力学性能有很大影响，因此也可用控制结构来改善性能，实践表明，采用温度梯度、热挤压等方法使晶体定向生长，也能大幅度提高力学性能。如以CaO-P2O5为基的玻璃陶瓷中析出定向微晶，其抗折强度可达650MPa，而且断裂韧性也显著提高。
2、高温性能优良的玻璃陶瓷材料
当玻璃陶瓷中析出莫来石、尖晶石、ZrO2、铯榴石等耐高温的晶体，而且它们的含量较高时，材料可以耐很高的温度。如铯榴石在玻璃陶瓷中，不仅析出了这种耐高温微晶，而且还析出了一些莫来石晶体。此类玻璃陶瓷的制备困难，现采用烧结法、复合材料法及溶胶——凝胶法等新工艺制备这类材料。
3、生物玻璃陶瓷材料
生物玻璃陶瓷的玻璃组成中引人CaO、P2O5等，通过热处理析出磷灰石晶体，因此，具有优良的生物相溶性与生物活化性。组成中的其它组成可析出其它类型的晶体，使材料具有其它性能，如硅灰石型玻璃陶瓷具有高的强度、钙长石和透灰石型玻璃陶瓷都具有优良的化学稳定性，而云母型具有可切削性，可用于人工骨和齿科修复。
4、功能玻璃陶瓷材料
功能玻璃陶瓷材料是通过控制析出晶体的特性，使其具有压电、铁电、半导、电光等各种特性的材料，但易出现功能晶体析出量不够，出现性能产生“稀释”效应，因此，如何提高功能晶体的晶化率和使材料尽可能为单一相是材料学科专家研究的前沿课题。
①透红外玻璃陶瓷
硫系玻璃具有优良的透红外特性，可以透过10μm以上的光波，能与CO2激光匹配。但它的低软化温度和低强度，局限了实际应用。因此，制备功能陶瓷是改善这些性能的有效途径。以As-Ce-Se为基的玻璃陶瓷，析出的主晶相为CeSe2与SnSe，与原始玻璃相比，其透红外特性基本不变，而屈服点由420℃提高到505℃，断裂韧性达1.28MPam1/2。
②铁电与铁磁铁玻璃陶瓷
铁电、铁磁铁玻璃陶瓷绝大部分属于硼酸盐系 统，包括BaTiO3、PbTiO3、Ca、Sr、Ba的铁氧体，含钇铁 石榴石晶体的材料等，若在组成中同时析出铁氧体 和云母晶体，则可以形成可切削铁磁性玻璃陶瓷。 这类材料主要用于癌症治疗和作低温传感器。
③掺Cr3+的透明玻璃陶瓷
这类材料运用了透明玻璃陶瓷的透明性及Cr3+的荧光特性。可制成宽带的四能级可调激光 器；运用Cr3+在可见光区有宽广的吸收，可以制造 太阳能集光器。目前专家们正在研制掺Cr3+的莫来石、β-石英固溶体、透锂长石等多种透明玻璃陶瓷。
二、新的制备工艺
传统的玻璃陶瓷生产工艺存在一定的局限性，随着特殊性能材料研制的需求，制备工艺要更新，发展较快的有烧结法和溶胶一凝胶法。
1、烧结法
玻璃陶瓷材料一般先通过熔融过程形成玻璃态，再进行晶化处理的方法制备，烧结法的优点首先在于不需要通过玻璃形成阶段，对难形成玻璃系统和需极高温熔炼的玻璃制品较为合适，而且它是通过表面或界面晶化而形成玻璃陶瓷，不必使用晶核剂。它对异型、复杂形状的产品成型特别适用。与相应的陶瓷材料相比，这类玻璃陶瓷具有气孔率低，强度高等优点，目前研究较多的有堇青石、顽灰石和锂铝硅系统的烧结玻璃陶瓷，此外还可以用经晶化的粉末与其它原料复合，生产具有特殊性能的玻璃陶瓷。
2、溶胶-凝胶工艺
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-AlO3-SiO2、CaO-SiO2-ZrO2、MSO-Al2O3-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。
信息来源：实用陶瓷生产技术汇编
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