当前位置:首页 > 粉体资讯 > 粉体加工技术 > 正文
微晶玻璃的制备与应用
2021年08月10日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:407
觉得文章不错?分享到:

近日,备受关注的华为P50正式发布。本次,华为P50系列中的高端旗舰机P50 Pro,前后采用了透明纳米微晶玻璃盖板。这是国内第一款使用纳米微晶材质盖板的旗舰机,也是全球第一款3d造型纳米微晶材质的手机。那么微晶玻璃到底是什么物质?它是如何制备的呢?

华为P50 Pro 来源:华为官网

一、什么是微晶玻璃

微晶玻璃,又被称作玻璃陶瓷,是对某些特定玻璃体系的基础玻璃,通过可控析出微晶制得的一种材料,其微晶相在玻璃相中均匀分布。微晶玻璃由细小晶体及残余玻璃相组成,含有大量玻璃相,并且可以高度结晶化,微晶玻璃内部至少含有一种玻璃相和一种微晶相。同时,普通玻璃内部原子是无规则排列,而微晶玻璃的内部是规则排列的细小的晶体结构,微晶大小一般在几十纳米到几十微米之间。

 

二、微晶玻璃的发展历程

    

微晶玻璃的发展历程

三、微晶玻璃的主要特点

微晶玻璃不仅拥有玻璃的软化温度高、电绝缘性能好、化学稳定性等基本优点,又拥有陶瓷的耐磨性好、硬度大、机械强度大、热稳定性好、膨胀系数可调等优点。微晶玻璃的基本性能主要由两点决定:一个是组成相所具有的性质,如基础玻璃的氧化物配料比、生成晶相的类别、剩余玻璃相的含量与性能;另外一个是由于热处理工艺制度不同所引起的微晶体的数量和平均晶体粒径的长度。

 

微晶玻璃的主要特点

四、微晶玻璃的分类

微晶玻璃有多种分类方法,可以从外观透明度、微晶化原理、性能、基础玻璃组成和结构等方面进行分类。

 

微晶玻璃的分类

五、微晶玻璃的生产工艺

玻璃微晶化处理是将制备完成的基础玻璃按照一定的热处理工艺对其进行加热,保温等受控晶化过程,在不同的热处理温度下进行核化与晶化处理,实现在基础玻璃体内析出均匀分布的微晶。微晶玻璃的制备技术主要包括整体析晶法(熔融法)、烧结法、溶胶-凝胶法等几类:

(1)整体析晶法法

熔融法是指在高温条件下将原材料慢慢熔化的过程,之后将熔制好的玻璃液倒入模具中,在进行热处理得到微晶玻璃样品。玻璃粉末在烧结后形成样品的收缩率较大、容易发生变形。

 

整体析晶法工艺流程

(2)烧结法

烧结法是指用基础玻璃粉经过物质迁移使粉末产生强度并导致致密化和再结晶的过程。

 

烧结法工艺流程

(3)溶胶-凝胶法

溶胶—凝胶法是将金属有机或无机化合物作为先驱体,经过水解形成凝胶,再在较低温度下烧结,得到微晶玻璃。

 

溶胶-凝胶法工艺流程

工艺方法

     

优点                

缺点                

整体析晶法

可根据玻璃组成选择不同的成型方法;玻璃制品均匀性好,气孔少,致密度高;玻璃组成范围广,可根据所需性能进行调整;加工性能好,易于批量、自动化生产。

熔制温度较高、能耗大,热处理时间长、工艺要求严格,但这些缺点可以通过新的熔炼工艺,如电熔技术进行改善,且热处理工艺效率也可以通过工艺优化提高。

烧结法

制备的微晶玻璃不经过成形而直接采用水淬的方式,经过粉碎的玻璃粉具有很大的表面积,表面析晶倾向足够大,因此无需添加晶核剂即可对玻璃进行晶化。

烧结法在粉料压片时需要使用粘结剂,而粘合剂烧结时挥发会产生气孔,因而制备出微晶玻璃内部存在许多微小气孔,其致密度较差。

溶胶-凝胶法

精准控制材料的组成,微晶玻璃中析出晶相尺寸较小,且均匀性好。

成本高、周期长、污染大。玻璃粉末在烧结后形成样品的收缩率较大、容易发生变形。

微晶玻璃的生产工艺优缺点

六、微晶玻璃的其他应用领域

微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的双重特性,相较于传统玻璃,其具备耐磨性好、硬度大、化学性质稳定等优点,同时具有无电磁干扰,不具备磁性的特点,通过对机身表面的细致处理可塑造出更加高端的视觉形象。作为未来最具潜力的材料之一,微晶玻璃还具有其他更多应用领域,值得人们深入研究与推广。

(1)建筑领域

微晶玻璃因具有较高的硬度和强度,并且体积密度较低,几乎不吸水,耐酸碱腐蚀,抗冻.无放射污染.镜面效果好。微晶玻璃可以广泛作为结构材料、热绝缘材料等应用于建筑装饰领域,是一种新型的绿色装饰材料,该材料已迅速发展成为最具应用前景的建筑装饰材料。

   

微晶玻璃陶瓷复合板材 图片来源:中玻网

(2)机械工程领域

微晶玻璃具有耐高温、抗热震、耐浸蚀、耐磨、不导电、不导磁等特性,这些性质是传统金属难以企及的。同时,还具有易切削的性能。应用于旋转叶片,活塞、炊具等方面,甚至在航空航天等高端用场合,如飞机、火箭、人造地球卫星上也出现了微晶玻璃的身影。

 

微晶玻璃烹饪面板 图片来源:肖特赛兰

(3)光学领域

某些特定的微晶玻璃具有低膨胀和零膨胀特性,适用于望远镜和激光外壳这些对于尺寸要求特别敏感的领域;用金、银作核化剂的某些微晶玻璃具有较好的光学敏感性,因此可以起到“显影”的作用。从而在光纤放大器、透红外仪表,激光导航陀螺仪﹑光敏电阻、光太阳能电池等方面得到广泛应用。

 

霍比-埃伯利望远镜(HET)  图片来源:中国科普博览

(4)电子领域

微晶玻璃具有膨胀系数可调的优势,这使得它可以与很多材料膨胀特性相匹配,因此可以制备各种微晶玻璃基板电容器及高频电路;某些微晶玻璃还具有独特的介电性能,它们在精密部件,电子,航空领域具有广泛的应用前景;极性微晶玻璃是一种新型的功能材料,含有定向生长的非铁电体极性晶体具有压电性和热释电性能,在水声、超声等领域有广阔的应用前景。 

锂离子电池保护器   图片来源:肖特官网

 

(5)生物医学领域

生物微晶玻璃具有良好的化学稳定性、生物相容、强磁性能等。目前,主要用作牙齿材料、人体骨骼修复、铁磁性抗癌材料等。另外,人们利用微晶玻璃的抗热冲击性得到的红外辐射,已实现在医疗保健产品中的应用。

 

陶瓷玻牙齿 图片来源:名扬牙科

(6)化学化工领域

微晶玻璃具有良好的化学稳定性几乎不被腐蚀的特性而广泛地应用于化工领域。如微晶玻璃在硫化钠电池中作密封剂在喷射式燃烧器中作为过滤器以消除汽车尾气中碳氢化合物在盛装和输运腐蚀性液体可作为槽或者管道

 

颗粒过滤器  图片来源:康宁

 

总结

微晶玻璃作为一种新型微晶材料,具有的耐高温、耐腐蚀、高强度、高硬度、高绝缘性、低介电损耗、化学稳定性等优点。同时,具有简单的制备工艺技术、廉价的原材料和低的制造成本,以及能工业化大规模生产的优势。微晶玻璃不仅得到华为手机的青睐,而且在机械工程、建筑装饰材料、军事设施、生物医药等领域也具有巨大的市场前景,并有大量的材料已经实现商品化。随着学科交叉和边缘科学的发展,微晶玻璃会在越来越多的领域和研究方向得到应用,获得更深层次的研究,进一步开发制备成本更低、性能更优、附加值更高、科技含量越高的微晶玻璃。


参考来源:

1、高介电常数透明微晶玻璃的研究  胡斌

2、溶胶—凝胶法制备铁尾矿微晶玻璃的研究 赵建新

3、不同高炉渣和粉煤灰配比的微晶玻璃制备工艺及性能研究 曹鹏飞

4、微晶玻璃的制备、分类及应用评述 刘志杰

 


作者;晴天

相关内容:
 

粉体求购:

设备求购:

寻求帮助:

合作投稿:

粉体技术:

关注粉体圈

了解粉体资讯