微晶玻璃技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

1、熔融法

最早的微晶陶瓷是用熔融法制备的，至今熔融法仍然是制备微晶陶瓷的主要方法。其工艺流程为：在原料中加入一定量的晶核剂（如ZrO2，CuO，Cr2O3等）并混合均匀，于1300～1500℃高温下熔制，均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小且结构均匀的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特点是可沿用任何一种玻璃的成型方法，如压延、压制、吹制拉制、浇注等；与通常的陶瓷成型工艺相比，适合自动化操作和制备形状复杂、尺寸精确的制品。

2、烧结法

烧结法制备微晶陶瓷不需要通过玻璃形成阶段，因此适于高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的微晶陶瓷的制备，如高温微晶陶瓷材料等。用该法制备的微晶陶瓷中可存在含量较高的氧化锆、莫来石、尖晶石等耐高温晶相。如将MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃粉碎后与方镁石混合烧结，形成莫来石质微晶陶瓷，耐温高达1250℃。此外，烧结法还有一个显著的特点，即玻璃经过水淬后，颗粒细小，比表面积增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有时可以不使用晶核剂，也可以制备出性能良好的微晶陶瓷材料。烧结法制备的微晶陶瓷主要集中在CaO-Al2O3-SiO2，Li2O-Al2O3-SiO2，MgO-Al2O3-SiO2，等系统。

3、溶胶-凝胶法

最早是用来制备玻璃的，但近十多年来，一直是玻璃与陶瓷等先进材料制备技术的研究热点。溶胶-凝胶法的主要优点是：1）可以得到均质高纯材料；2）可防止某些组分挥发并减少污染；3）其制备温度比传统方法低得多，4）可扩展组成范围，制备传统方法无法制备的材料，如不能形成玻璃的系统和具有高液相组成的微晶陶瓷。用溶胶-凝胶法制备的微晶陶瓷主要为具有高温、高强、高韧性以及其它特殊性能的高新技术材料。

4、强韧化技术

为了获得力学性能优良的材料，可在微晶陶瓷制备过程中采用一些特珠工艺，如表面涂层和离子交换法等工艺方法。其中表面涂层适用于高膨胀系数的微晶陶瓷，强化后的材料强度可提高3～5倍，对于低膨胀的微晶陶瓷，一般采用离子交换法。微晶陶瓷的微观结构对材料的力学性能有很大影响，采用热挤压、温度梯度等方法使晶体定向生长，可大幅度提高力学性能。此外，还可以在微晶陶瓷中加入高强度的纤维或晶须制成高强度的复合材料。

第二节 产品工艺特点或流程

目前建筑用微晶玻璃均采用烧结法，而且不加入晶核剂。它的基本原理是，玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它处于一种亚稳状态，较之晶体有较高的内能，所以在一定条件下，可以转化为结晶态。从动力学观点来看，玻璃熔体在冷却过程中，粘度急剧增加，抑制晶核的形成和晶体长大，阻止了结晶体的成长壮大。建筑用微晶玻璃利用了不加晶核剂的非均相结晶化机理，充分应用了热力学上的可能和动力学上的抑制，在一定条件下，使这种相反相成的物理过程，形成一个新的平衡，而获得的一种新材料。

1、微晶玻璃的生产工艺

1）利用加入晶核或紫外辐照等方法使玻璃内形成晶核。

2）再经热处理使晶核长大，其他生产工艺与普通玻璃相同。

热处理工艺过程：熔制和成型，结晶化前加工，结晶化热处理，微晶玻璃的加工。

2、微晶玻璃烧结法生产流程

烧结法制备微晶陶瓷的工艺流程如下为：配料→熔制→水淬→粉碎→过筛→成型→烧结→加工。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、耐高温玻璃陶瓷

耐高温玻璃陶瓷是随着烧结法、溶胶-凝胶法等新工艺在玻璃陶瓷制备中的应用而发展起来的新材料。当玻璃陶瓷中析出如莫来石、尖晶石、铯榴石等耐高温的晶体且含量较高时，材料可以耐很高的温度。如铯榴石玻璃陶瓷中，不仅析出了这种耐高温微晶，还析出了一些莫来石晶体，而且其残余玻璃相为晶体所包裹，这种材料可在1400℃左右的高温下使用。

2、高力学性能的材料

玻璃陶瓷的微观结构对其力学性能有很大影响，可用控制结构来改善性能，如交织结构可以提高强度和韧性；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700MPa，而且断裂韧性也显著提高；复合材料是提高玻璃陶瓷力学性能的又一有效途径，可将具有不同于玻璃陶瓷基体力学性能的纤维、晶须或微粒与之复合，也可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，如用SiC晶须增强MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，基抗折强度与断裂韧性分别为500MPa及4.0MPa.m1/2，比未增强者提高两倍以上。复合材料的力学性能可与Si3N，等结构陶瓷媲美，是一类有前景的新型结构材料。

3、生物玻璃陶瓷

生物玻璃陶瓷的主要优点是在玻璃中可引入CaO、P2O5，通过热处理可以析出羟基磷灰石晶体，具有优良的生物相容性与生物活化性，组成中的其它组分可析出其它类型的晶体，保证材料的化学稳定性、可切削性等，比金属、氧化铝等材料更有前途。迄今已进行许多临床试验，有的长达六年之久，而且都取得了可喜的成果。

4、新型功能玻璃陶瓷