微晶玻璃制備技術簡析

發布時間 | 2020-05-11 18:24 分類 | 粉體加工技術點擊量 | 4026

石英

導讀：微晶玻璃，又稱玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎玻璃，微晶玻璃的制備技術主要包括整體析晶法、燒結法和溶膠-凝膠法三大類。

微晶玻璃，又稱玻璃陶瓷，是將特定組成的基礎玻璃，在加熱工程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料。

微晶玻璃

微晶玻璃在電子工業、生物醫學等領域中得到廣泛應用。在電子工業領域，微晶玻璃既可以通過與金屬件封接加工真空電子器件，還可以借助LTCC技術制作集成電路基板。在生物醫學領域，微晶玻璃可用于制作牙齒、人工骨骼等移植器官；據稱，鐵磁體微晶玻璃利用磁滯生熱效應可殺死癌細胞，是一種完全沒有副作用的癌癥治療方法。

微晶玻璃基板和微晶玻璃牙齒

1 微晶玻璃的配方體系

微晶玻璃不同于普通玻璃：微晶玻璃由微晶體（0.1-0.5μm）和殘余玻璃組成；而普通玻璃則是非晶態或無定形體。

微晶玻璃特定的結構與其配方組成密切相關，除了含有一定量的玻璃形成體（SiO₂、B₂O₃、P₂O₅等）和誘導離子（Li⁺、Mg²⁺、Zn²⁺等）外，還常常通過引入晶核劑（ZrO₂、TiO₂、CaF₂等）促使玻璃整體晶化。

微晶玻璃配方體系分類

體系	微晶玻璃實例	性能及用途
鋁硅酸鹽體系	Li2O-Al2O3-SiO2 主晶相β-鋰輝石或β-石英等	熱膨脹系數窗口寬且可調；光學特性優良，可制作感光玻璃等
	CaO-Al2O3-SiO2 主晶相硅灰石	機械、耐腐蝕性能優良，可制作耐磨、耐腐蝕材料等
	MgO-Al2O3-SiO2 主晶相堇青石、尖晶石等	機械、耐沖擊、電性能優良，可制作硬盤基板等
磷硅酸鹽體系	SiO2-CaO-Na2O-P2O5 主晶相磷灰石	生物相容性好，可制作人工骨骼等
	SiO2-MgO-CaO-P2O5-F 主晶相磷灰石-硅灰石	強度、斷裂韌性高，可制作頭骨
	SiO2-MgO-CaO-TiO2-P2O5 主晶相磷灰石-鎂鈦酸鹽	強度、斷裂韌性較高，可制作齒冠等牙科材料
鐵硅酸鹽體系	SiO2-Fe2O3-CaO 主晶相磁鐵礦或赤鐵礦	具有生物活性和磁性，可制作高熱殺癌的熱源
鐵硅酸鹽體系	SiO2-Al2O3-FeO-Fe2O3 主晶相云母-鐵酸鹽	具有高磁導率、低電阻率和可加工性
其它體系	SiO2-Al2O3-ZnO-MgO 主晶相尖晶石-鋅尖晶石	在可見光波段透明，化學穩定性好，可用于電子基板
其它體系	SiO2-CaO-R2O-F 主晶相硅堿鈣石	高強度、高韌性微晶玻璃，可用于骨組織生物材料

2 微晶玻璃的制備技術

微晶玻璃的制備技術主要包括整體析晶法、燒結法和溶膠-凝膠法三大類。

整體析晶法是在粉體原料中加入一定量的晶核劑并混合均勻，于1400-1500℃高溫下熔制成玻璃熔體，經退火后再一定溫度下進行核化和晶化，以獲得晶粒細化且均勻的微晶玻璃制品。

燒結法是將一定組分的粉體原料投入到高溫玻璃熔窯中熔成玻璃液，然后將玻璃液導入冷水中水淬得到玻璃顆粒，最后將玻璃顆粒成型后進行燒結，制得微晶玻璃。

溶膠-凝膠法是將金屬無機或有機化合物作為前驅體，經水解形成凝膠，再在較低溫度下燒結得到微晶玻璃。

微晶玻璃制備技術匯總

方法	優點	缺點
整體析晶法	①可沿用玻璃的成型方法； ②適合自動化操作，可制作形狀復雜的制品； ③組分均勻、不存在氣孔等常見缺陷。	對玻璃熔塊的均勻性要求高、熔制溫度高且時間長
燒結法	①晶相和玻璃相的比列可任意調節； ②可利用界面析晶原理提高析晶能力 ③晶粒尺寸容易控制。	存在氣孔等缺陷；燒結溫度和析晶溫度較難控制
溶膠凝膠法	①晶粒可控制在納米甚至分子級水平； ②制備溫度低，避免某些組分揮發。	生產周期長、成本高，環境污染大