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微晶玻璃制备技术简析
2020年05月11日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:207
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微晶玻璃,又称玻璃陶瓷,是将特定组成的基础玻璃,在加热工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。

 

微晶玻璃

微晶玻璃在电子工业、生物医学等领域中得到广泛应用。在电子工业领域,微晶玻璃既可以通过与金属件封接加工真空电子器件,还可以借助LTCC技术制作集成电路基板。在生物医学领域,微晶玻璃可用于制作牙齿、人工骨骼等移植器官;据称,铁磁体微晶玻璃利用磁滞生热效应可杀死癌细胞,是一种完全没有副作用的癌症治疗方法。 

 

微晶玻璃基板和微晶玻璃牙齿

1 微晶玻璃的配方体系

微晶玻璃不同于普通玻璃:微晶玻璃由微晶体(0.1-0.5μm)和残余玻璃组成;而普通玻璃则是非晶态或无定形体。

微晶玻璃特定的结构与其配方组成密切相关,除了含有一定量的玻璃形成体(SiO2B2O3P2O5等)和诱导离子(Li+Mg2+Zn2+等)外,还常常通过引入晶核剂(ZrO2TiO2CaF2等)促使玻璃整体晶化。

微晶玻璃配方体系分类

体系

微晶玻璃实例

性能及用途

铝硅酸盐体系

Li2O-Al2O3-SiO2

主晶相β-锂辉石或β-石英等

热膨胀系数窗口宽且可调;光学特性优良,可制作感光玻璃等

CaO-Al2O3-SiO2

主晶相硅灰石

机械、耐腐蚀性能优良,可制作耐磨、耐腐蚀材料等

MgO-Al2O3-SiO2

主晶相堇青石、尖晶石等

机械、耐冲击、电性能优良,可制作硬盘基板等

磷硅酸盐体系

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

强度、断裂韧性高,可制作头骨

SiO2-MgO-CaO-TiO2-P2O5

主晶相磷灰石-镁钛酸盐

强度、断裂韧性较高,可制作齿冠等牙科材料

铁硅酸盐体系

SiO2-Fe2O3-CaO

主晶相磁铁矿或赤铁矿

具有生物活性和磁性,可制作高热杀癌的热源

SiO2-Al2O3-FeO-Fe2O3

主晶相云母-铁酸盐

具有高磁导率、低电阻率和可加工性

其它体系

SiO2-Al2O3-ZnO-MgO

主晶相尖晶石-锌尖晶石

在可见光波段透明,化学稳定性好,可用于电子基板

SiO2-CaO-R2O-F

主晶相硅碱钙石

高强度、高韧性微晶玻璃,可用于骨组织生物材料

 

2 微晶玻璃的制备技术

微晶玻璃的制备技术主要包括整体析晶法、烧结法和溶胶-凝胶法三大类。

整体析晶法是在粉体原料中加入一定量的晶核剂并混合均匀,于1400-1500℃高温下熔制成玻璃熔体,经退火后再一定温度下进行核化和晶化,以获得晶粒细化且均匀的微晶玻璃制品。

烧结法是将一定组分的粉体原料投入到高温玻璃熔窑中熔成玻璃液,然后将玻璃液导入冷水中水淬得到玻璃颗粒,最后将玻璃颗粒成型后进行烧结,制得微晶玻璃。

溶胶-凝胶法是将金属无机或有机化合物作为前驱体,经水解形成凝胶,再在较低温度下烧结得到微晶玻璃。

微晶玻璃制备技术汇总

方法

优点

缺点

整体析晶法

①可沿用玻璃的成型方法;

②适合自动化操作,可制作形状复杂的制品;

③组分均匀、不存在气孔等常见缺陷。

对玻璃熔块的均匀性要求高、熔制温度高且时间长

烧结法

①晶相和玻璃相的比列可任意调节;

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。

存在气孔等缺陷;烧结温度和析晶温度较难控制

溶胶凝胶法

①晶粒可控制在纳米甚至分子级水平;

②制备温度低,避免某些组分挥发。

生产周期长、成本高,环境污染大

 

资料来源:

程金树等.《微晶玻璃》.

今中佳彦等.《多层低温共烧陶瓷技术

粉体圈 作者 王京

 

 


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