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一种特殊的材料---玻璃陶瓷2019-10-14

出品:高诚研发中心

     玻璃陶瓷又称微晶玻璃,它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。而玻璃陶瓷像陶瓷一样,由晶体组成,也就是说,它的原子排列是有规律的。

玻璃陶瓷具有玻璃和陶瓷的双重特性,比陶瓷的亮度高,比玻璃韧性强。玻璃陶瓷集中了多种优良性能,如机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等,它不仅可以代替传统材料以获得更好的经济效益和改善工作条件,而且开辟了许多新的应用领域。玻璃陶瓷被广泛用于机械制造、光学、电子与微电子、航天航空、化学、工业、生物医药、日用及建筑等领域。

玻璃陶瓷,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。它采用一种与普通玻璃相近的制造工艺,但其特性却与玻璃迥然不同。 玻璃陶瓷就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件,而又克服了它在动力学上的不利条件而获得的新型材料。玻璃陶瓷中微晶体的大小一般可从10 纳米到几微米, 晶体数量可高达50 %~90 %。因此,微晶玻璃具有高机械强度、低电导性、良好的可加工性、耐化学腐蚀等优良性能。

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工业、建筑业及生活等各个领域。玻璃陶瓷被科学家们称为21 世纪的新型材料。玻璃陶瓷生产过程无污染,产品本身无放射性污染,故又被称为环保材料或绿色材料。

微晶玻璃与普通玻璃的区别在于,在成分上含有微量晶核剂,其制品大部分是晶体,而不像玻璃是无定形或非晶体;在制造工艺上与普通玻璃的区别在于,继熔制与成形以后必须经历晶化工序,并且控制过冷玻璃液体的成核速度和晶体生长速度,使其迅速晶化,制取最大可能数目的微小晶体,以期形成玻璃陶瓷所需的种种特性。微晶玻璃与陶瓷材料区别在于,它的晶相大部分从一个均匀玻璃相中通过晶体生长而产生,而不像陶瓷材料的结晶物质是在制备陶瓷组分时引入。

微晶玻璃的品种很多,若按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃;若按外观可分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃;若按所用材料可分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃;若按性能可分为耐高温、耐热冲击、高硬耐磨、高强度、易机械加工、易化学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、零膨胀、低介电损失、强介电性等各种微晶玻璃;若按基础玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐等类;若按所含氧化物的特点可分为含Li2O、含Na2O、含MgO、含B2O3、含BaO、含PbO或无碱、无硅氧晶相等微晶玻璃。

微晶玻璃陶瓷优异的性能主要体现为以下几点:

1)强度高,机械强度好,某些配方和工艺的产品抗摔、抗冲击能力突出;

2)具有优良的电学性能,介电损耗率低,电绝缘性质优良;

3)具有良好的热学性能,热膨胀系数低,热振稳定性能好,变形温度高,膨胀系数可调(例如可制成零膨胀系数玻璃);

4)具有更加稳定的化学性能,抗水合,抗水化能力,抗阳离子交换能力;

5)加工性能好,可与众多材料匹配;

由于微晶玻璃陶瓷的膨胀系数可调(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,因而它特别适合汽车、军工、航空航天、精密仪器、医疗设备、电真空器件、电子束暴光机、纺织机械、传感器、质谱仪和能谱仪等。对于一些薄壁的线圈骨架,精密仪器的绝缘支架,形状复杂等精度要求高的器件,微晶玻璃陶瓷更为适用,它可加工成任意形状。它比氮化硼强度高,放气率低;比聚四氟乙烯耐高温,不变形,不变质;经久耐用,比氧化铝瓷更好加工,生产周期短,合格率高,设计人员可任意制作所需尺寸的产品。

微晶玻璃作为结构材料、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;作为功能材料和结构材料,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。


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