第三章-功能玻璃材料优秀课件.ppt

1第三章第三章 功能玻璃材料功能玻璃材料由于原子能、电子工业、计算机、医疗、由于原子能、电子工业、计算机、医疗、激光等激光等近代科学技术的发展近代科学技术的发展及及国防工业国防工业的需要，的需要，玻璃材料玻璃材料玻璃材料玻璃材料和其他和其他无机非金属材料无机非金属材料一样，发展非一样，发展非常迅速。常迅速。2 玻璃玻璃玻璃玻璃具有一般材料难于具备的具有一般材料难于具备的透明性透明性透明性透明性，具，具有优良的有优良的机械力学性能机械力学性能机械力学性能机械力学性能和和热工性质热工性质热工性质热工性质。随着现代技术的发展，不断向多功能方向发随着现代技术的发展，不断向多功能方向发展。玻璃的展。玻璃的深加工制品深加工制品深加工制品深加工制品能具有控制光线、调节温能具有控制光线、调节温度、防止燥音和提高建筑艺术装饰等功能。度、防止燥音和提高建筑艺术装饰等功能。3平板玻璃平板玻璃是指是指未经其他加工未经其他加工的平板状玻璃制品，的平板状玻璃制品，也称白片玻璃或净片玻璃。也称白片玻璃或净片玻璃。平板玻璃是平板玻璃是建筑玻璃建筑玻璃中生产量最大、使中生产量最大、使用最多的一种，主要用于门窗，起采光、围用最多的一种，主要用于门窗，起采光、围护、保温、隔声等作用，也是进一步加工成护、保温、隔声等作用，也是进一步加工成其他技术玻璃的原片。其他技术玻璃的原片。4钢化玻璃钢化玻璃钢化玻璃又称钢化玻璃又称强化玻璃强化玻璃。它是用物理。它是用物理的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个的或化学的方法，在玻璃表面上形成一个压应力压应力层，玻璃本身具有层，玻璃本身具有较高的抗压强度较高的抗压强度，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，不会造成破坏。当玻璃受到外力作用时，不不 易破碎。易破碎。5夹丝玻璃夹丝玻璃也称也称防碎玻璃防碎玻璃防碎玻璃防碎玻璃或或钢丝玻璃钢丝玻璃钢丝玻璃钢丝玻璃。它是在玻璃熔。它是在玻璃熔融状态下，将经预热处理的融状态下，将经预热处理的钢丝钢丝钢丝钢丝或或钢丝网钢丝网钢丝网钢丝网压入压入玻璃中间，经退火、切割而成。玻璃中间，经退火、切割而成。夹丝玻璃表面可以夹丝玻璃表面可以压花压花压花压花或或磨光磨光磨光磨光，颜色可以，颜色可以制成无色透明或彩色。制成无色透明或彩色。6由于由于钢丝网钢丝网钢丝网钢丝网的的骨架作用骨架作用骨架作用骨架作用，不仅提高了玻璃的，不仅提高了玻璃的强强强强度度度度，而且受到冲击或温度骤变而破坏时，碎片不会，而且受到冲击或温度骤变而破坏时，碎片不会飞散，避免了对人的伤害。飞散，避免了对人的伤害。在出现火情时，火焰蔓延，夹丝玻璃受热炸裂，在出现火情时，火焰蔓延，夹丝玻璃受热炸裂，由于金属丝网的作用，玻璃仍能保持固定，隔绝火由于金属丝网的作用，玻璃仍能保持固定，隔绝火焰，故又称为焰，故又称为防火玻璃防火玻璃防火玻璃防火玻璃。夹丝玻璃夹丝玻璃7夹层玻璃夹层玻璃是在两片或多片玻璃原片之间，用是在两片或多片玻璃原片之间，用PVB（聚（聚酯缩丁醛）酯缩丁醛）树脂胶片树脂胶片树脂胶片树脂胶片，经过，经过加热加热加热加热、加压粘合加压粘合加压粘合加压粘合而成而成的平面或曲面的的平面或曲面的复合玻璃制品复合玻璃制品复合玻璃制品复合玻璃制品。用于用于夹层玻璃的原片夹层玻璃的原片夹层玻璃的原片夹层玻璃的原片可是普通平板玻璃、钢可是普通平板玻璃、钢化玻璃、彩色玻璃、吸热玻璃或热反射玻璃等。化玻璃、彩色玻璃、吸热玻璃或热反射玻璃等。8透明性好透明性好透明性好透明性好，抗冲击性能高抗冲击性能高抗冲击性能高抗冲击性能高，用多层普通玻璃或，用多层普通玻璃或钢化玻璃复合起来，可制成钢化玻璃复合起来，可制成防弹玻璃防弹玻璃防弹玻璃防弹玻璃。由于。由于PVB胶胶片的粘合作用，玻璃即使破碎时，不会伤人。片的粘合作用，玻璃即使破碎时，不会伤人。通过采用不同的通过采用不同的原片玻璃原片玻璃原片玻璃原片玻璃，夹层玻璃还可具有，夹层玻璃还可具有耐久、耐热、耐湿等性能。耐久、耐热、耐湿等性能。有较高的有较高的安全性安全性安全性安全性，一般用作小汽车前的挡风玻，一般用作小汽车前的挡风玻璃、彩色夹层玻璃，高层建筑门窗、天窗和商店、璃、彩色夹层玻璃，高层建筑门窗、天窗和商店、银行、珠宝的橱窗、隔断等。银行、珠宝的橱窗、隔断等。夹层玻璃夹层玻璃9中空玻璃中空玻璃结构形式：玻璃结构形式：玻璃气体层气体层玻璃玻璃优点：隔热、隔音、防结露、防结霜等，优点：隔热、隔音、防结露、防结霜等，一般导热性能极低，露点低于一般导热性能极低，露点低于-40-40。10电真空玻璃电真空玻璃功能：真空密闭、功能：真空密闭、透光、透光、封接匹配、封接匹配、防辐射防辐射光源常用的品种：白炽灯光源常用的品种：白炽灯 日光灯日光灯 高压钠灯高压钠灯 显示器玻壳：电脑显示器，电视显相管。显示器玻壳：电脑显示器，电视显相管。11钛化玻璃钛化玻璃也称也称永不碎铁甲箔膜永不碎铁甲箔膜永不碎铁甲箔膜永不碎铁甲箔膜玻璃。是将玻璃。是将钛金箔膜钛金箔膜钛金箔膜钛金箔膜紧紧贴在任意一种玻璃基材之上，使之结合成一体的贴在任意一种玻璃基材之上，使之结合成一体的新型玻璃。新型玻璃。具有具有高抗碎高抗碎高抗碎高抗碎能力，能力，高防热高防热高防热高防热及及防紫外线防紫外线防紫外线防紫外线等功能。等功能。不同的不同的基材玻璃基材玻璃基材玻璃基材玻璃与不同的与不同的钛金箔膜钛金箔膜钛金箔膜钛金箔膜，可组合，可组合成不同色泽、不同性能、不同规格的钛化玻璃。成不同色泽、不同性能、不同规格的钛化玻璃。12节能型玻璃节能型玻璃 是集是集节能性节能性节能性节能性和和装饰性装饰性装饰性装饰性于一体的玻璃。于一体的玻璃。节能装饰型玻璃节能装饰型玻璃节能装饰型玻璃节能装饰型玻璃通常有美丽的外观色彩，且还通常有美丽的外观色彩，且还有特殊的对有特殊的对光光光光和和热热热热的吸收、透射和反射能力，已广的吸收、透射和反射能力，已广泛应用于各种高级建筑物上。泛应用于各种高级建筑物上。13在在装饰领域装饰领域装饰领域装饰领域，玻璃并不陌生，早在中世纪，玻璃并不陌生，早在中世纪的的教堂建筑教堂建筑教堂建筑教堂建筑中就存在着它们彩色家族的踪影，中就存在着它们彩色家族的踪影，到今天的到今天的玻璃幕墙玻璃幕墙玻璃幕墙玻璃幕墙，玻璃工艺品玻璃工艺品玻璃工艺品玻璃工艺品1415161718192021222324252627282930313233343536373839404142实际上，实际上，玻璃玻璃玻璃玻璃是经是经熔融熔融熔融熔融、冷却冷却冷却冷却、固化固化固化固化过程的过程的非晶态物体非晶态物体非晶态物体非晶态物体。它具有。它具有透明透明透明透明、坚硬坚硬坚硬坚硬、耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀耐腐蚀等显著等显著特性。特性。除此之外，玻璃在除此之外，玻璃在光、电、磁光、电、磁光、电、磁光、电、磁方面性能也特方面性能也特别优异，如照相、显微、望远及在现代通讯技术别优异，如照相、显微、望远及在现代通讯技术中起重要传输作用的光纤电缆等。中起重要传输作用的光纤电缆等。43功能玻璃功能玻璃功能玻璃功能玻璃是指与是指与传统玻璃传统玻璃传统玻璃传统玻璃结构不同结构不同结构不同结构不同的、有某的、有某一方面一方面独特性能独特性能独特性能独特性能的、有的、有专门用途专门用途专门用途专门用途的、或者制造的、或者制造工工工工艺有明显差别艺有明显差别艺有明显差别艺有明显差别的一些的一些新品种新品种“玻璃玻璃”。功能玻璃材料功能玻璃材料44功能玻璃功能玻璃功能玻璃功能玻璃近年来发展迅速，它除了具有近年来发展迅速，它除了具有普普通玻璃通玻璃的的一般性质一般性质一般性质一般性质以外，还具有许多以外，还具有许多独特的性独特的性独特的性独特的性质质质质，如，如磁光玻璃磁光玻璃的的磁磁磁磁-光转换光转换光转换光转换功能、功能、声光玻璃声光玻璃的的声光特性声光特性声光特性声光特性、导电玻璃导电玻璃的的导电性导电性导电性导电性、记忆玻璃记忆玻璃的的记忆特性记忆特性记忆特性记忆特性等。等。45新型新型功能玻璃材料功能玻璃材料功能玻璃材料功能玻璃材料的开发主要依赖于如的开发主要依赖于如CVD、PVD、等离子溅射等离子溅射、溶胶凝胶溶胶凝胶、材材料复合料复合等各种高新技术、新工艺等各种高新技术、新工艺在玻璃制造在玻璃制造中中的巧妙运用。的巧妙运用。46随着随着材料制备手段材料制备手段材料制备手段材料制备手段的不断提高和发展，新技的不断提高和发展，新技术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，具有各种具有各种探索性能的玻璃探索性能的玻璃探索性能的玻璃探索性能的玻璃不断的涌现出来。不断的涌现出来。新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃就是采用就是采用高纯原料高纯原料高纯原料高纯原料、新型技术新型技术新型技术新型技术、新的制备方法新的制备方法新的制备方法新的制备方法或或在特殊的条件下在特殊的条件下形成的具有某种形成的具有某种特殊功能特殊功能特殊功能特殊功能的玻璃或无机非晶态材料。的玻璃或无机非晶态材料。47新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃与与通常玻璃通常玻璃通常玻璃通常玻璃相比具有许多明相比具有许多明显的特征，主要表现在以下四个方面：显的特征，主要表现在以下四个方面：(1)玻璃化玻璃化玻璃化玻璃化方面；方面；(2)成型成型成型成型方面；方面；(3)在在加工加工加工加工方面；方面；(4)在在用途用途用途用途方面。方面。48(1)玻璃化方面玻璃化方面通常玻璃通常玻璃通常玻璃通常玻璃是在大气中进行是在大气中进行熔融熔融熔融熔融而制得的，而而制得的，而新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃是采用是采用超急冷法超急冷法超急冷法超急冷法、溶胶溶胶溶胶溶胶-凝胶法凝胶法凝胶法凝胶法、PVDPVD法法法法、CVDCVD法法法法以及以及特种气氛特种气氛特种气氛特种气氛等方法而制得的；等方法而制得的；49(2)成型方面成型方面通常玻璃通常玻璃通常玻璃通常玻璃主要产品是主要产品是板材板材板材板材、管材管材管材管材、成瓶成瓶成瓶成瓶、成纤成纤成纤成纤等，等，而而新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃则是则是微粉末微粉末微粉末微粉末、薄膜薄膜薄膜薄膜、纤维状纤维状纤维状纤维状等；等；50(3)在加工方面在加工方面通常玻璃通常玻璃通常玻璃通常玻璃采用采用烧制烧制烧制烧制、研磨研磨研磨研磨、急冷强化急冷强化急冷强化急冷强化等方等方法，而法，而新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃则采用则采用结晶化结晶化结晶化结晶化、离子交换离子交换离子交换离子交换法法法法、分子溅射分子溅射分子溅射分子溅射、分相分相分相分相、微细加工微细加工微细加工微细加工技术等；技术等；51(4)在用途方面在用途方面通常玻璃通常玻璃通常玻璃通常玻璃主要用于主要用于建筑建筑建筑建筑、容器容器容器容器、光学制品光学制品光学制品光学制品等，等，而而新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃主要用于主要用于光电子光电子光电子光电子、光信息情报处理光信息情报处理光信息情报处理光信息情报处理、传感显示传感显示传感显示传感显示、精密机械精密机械精密机械精密机械以及以及生物工程生物工程生物工程生物工程等领域。等领域。52新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃新型功能玻璃按照按照玻璃的功能玻璃的功能玻璃的功能玻璃的功能可划分为：可划分为：微晶微晶微晶微晶玻璃玻璃玻璃玻璃、光导纤维光导纤维光导纤维光导纤维玻璃玻璃玻璃玻璃、激光激光激光激光玻璃玻璃玻璃玻璃、光色光色光色光色玻玻玻玻璃璃璃璃、半导体半导体半导体半导体玻璃玻璃玻璃玻璃、非线性光学非线性光学非线性光学非线性光学玻璃玻璃玻璃玻璃、磁功能磁功能磁功能磁功能玻璃玻璃玻璃玻璃、生物生物生物生物玻璃玻璃玻璃玻璃、机械功能机械功能机械功能机械功能玻璃玻璃玻璃玻璃以及以及功能玻璃功能玻璃功能玻璃功能玻璃薄膜薄膜薄膜薄膜等。等。53第一节微晶玻璃第一节微晶玻璃微晶玻璃是指通过微晶玻璃是指通过玻璃热处理玻璃热处理玻璃热处理玻璃热处理来控制来控制晶晶体的生长发育体的生长发育而获得的一种而获得的一种多晶材料多晶材料多晶材料多晶材料。它既。它既有有玻璃玻璃玻璃玻璃的基本性能，也有陶瓷的基本性能，也有陶瓷多晶体多晶体多晶体多晶体的特征。的特征。54将加有将加有成核剂成核剂成核剂成核剂的特定组成的基础玻璃，在的特定组成的基础玻璃，在一定温度下热处理后，就会变成具有一定温度下热处理后，就会变成具有微晶体和微晶体和微晶体和微晶体和玻璃相玻璃相玻璃相玻璃相均匀分布的复合材料。均匀分布的复合材料。55特殊性能特殊性能特殊性能特殊性能的微晶玻璃材料，如的微晶玻璃材料，如零膨胀零膨胀零膨胀零膨胀、高高高高强度强度强度强度、可切削可切削可切削可切削以及不同以及不同电性能电性能电性能电性能的材料，可以通过的材料，可以通过下面两种方法而制得：下面两种方法而制得：、控制、控制基质玻璃成分的变化；基质玻璃成分的变化；基质玻璃成分的变化；基质玻璃成分的变化；、控制、控制析出晶相类型及微晶大小。析出晶相类型及微晶大小。析出晶相类型及微晶大小。析出晶相类型及微晶大小。56传统的传统的微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃为为Li2O-Al2O3-SiO2和和MgO-Al2O3-SiO2系统，前者在玻璃中形成系统，前者在玻璃中形成锂辉石锂辉石锂辉石锂辉石、石石石石英固溶体英固溶体英固溶体英固溶体，这些晶体具有，这些晶体具有负膨胀系数负膨胀系数负膨胀系数负膨胀系数。通过热处理，控制原始玻璃中的通过热处理，控制原始玻璃中的晶相晶相晶相晶相及及玻璃玻璃玻璃玻璃相的比例相的比例相的比例相的比例，可制成一系列，可制成一系列从负到正膨胀系数从负到正膨胀系数从负到正膨胀系数从负到正膨胀系数的微的微晶玻璃。晶玻璃。57若将若将晶体尺寸晶体尺寸晶体尺寸晶体尺寸控制在一定范围内，则可制成控制在一定范围内，则可制成透明或半透明透明或半透明透明或半透明透明或半透明材料。材料。组成成分在组成成分在Li2O-SiO2和和Li2O-2SiO2区的微区的微晶，利用晶，利用晶体与玻璃晶体与玻璃晶体与玻璃晶体与玻璃对氢氟酸对氢氟酸侵蚀性能侵蚀性能侵蚀性能侵蚀性能的差别，的差别，通过通过光刻光刻光刻光刻可以制成可以制成薄板电子元件薄板电子元件。58微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃的发现是的发现是玻璃材料发展史上玻璃材料发展史上的一个新的一个新的里程碑，它大大地丰富了的里程碑，它大大地丰富了玻璃结构的研究玻璃结构的研究内容，内容，同时也开发了数以千计的同时也开发了数以千计的微晶玻璃新材料微晶玻璃新材料。微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃作为作为先进结构材料先进结构材料先进结构材料先进结构材料和和高性能功能材料高性能功能材料高性能功能材料高性能功能材料，在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内得到了广泛应用。得到了广泛应用。59微晶玻璃的分类微晶玻璃的分类从从外观外观外观外观看，有看，有透明透明透明透明微晶玻璃和微晶玻璃和不透明不透明不透明不透明微晶玻璃；微晶玻璃；按按微晶化原理微晶化原理微晶化原理微晶化原理分为分为光敏光敏光敏光敏微晶玻璃和微晶玻璃和热敏热敏热敏热敏微晶玻璃；微晶玻璃；按照按照性能性能性能性能分为分为耐高温耐高温、耐热冲击耐热冲击、高强度高强度、耐磨耐磨、易机械加工易机械加工、易化学蚀刻易化学蚀刻、耐腐蚀耐腐蚀、低膨胀低膨胀、零膨胀零膨胀、低介电损失低介电损失、强介电性强介电性、强磁性强磁性和和生物相容生物相容等种类。等种类。60微晶玻璃按照微晶玻璃按照用途用途用途用途分为，分为，餐具餐具餐具餐具微晶玻璃、微晶玻璃、航航航航天天天天微晶玻璃、微晶玻璃、建筑建筑建筑建筑微晶玻璃和微晶玻璃和生物生物生物生物微晶玻璃等。微晶玻璃等。微晶玻璃按微晶玻璃按基础玻璃组成基础玻璃组成基础玻璃组成基础玻璃组成一般可分为一般可分为硅酸盐硅酸盐硅酸盐硅酸盐系统、系统、铝硅酸盐铝硅酸盐铝硅酸盐铝硅酸盐系统、系统、硼硅酸盐硼硅酸盐硼硅酸盐硼硅酸盐系统、系统、硼酸盐硼酸盐硼酸盐硼酸盐系系统及统及磷酸盐磷酸盐磷酸盐磷酸盐系统等五大类；系统等五大类；61按按所用材料所用材料所用材料所用材料，微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃则分为则分为技术技术技术技术微晶玻微晶玻璃和璃和矿渣矿渣矿渣矿渣微晶玻璃两类；微晶玻璃两类；此外，还可按此外，还可按所含氧化物特点所含氧化物特点所含氧化物特点所含氧化物特点等方法分类。等方法分类。62一、微晶玻璃的性质一、微晶玻璃的性质 1力学力学力学力学性质性质 2热学热学热学热学性质性质 3化学稳定化学稳定化学稳定化学稳定性性 4光学光学光学光学性质性质 5电学电学电学电学性质性质631力学性质力学性质(1)机械强度机械强度(2)硬度及耐磨性硬度及耐磨性(3)弹性模量弹性模量64 (1)机械强度机械强度 微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃的机械强度比的机械强度比一般玻璃一般玻璃一般玻璃一般玻璃、陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷材料材料以及某些以及某些金属材料金属材料金属材料金属材料高得多。高得多。抗压强度抗压强度抗压强度抗压强度为为0.59 1.02 GPa，抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度为为88.2 220.5 MPa，抗张强度抗张强度抗张强度抗张强度为为49 137.2 MPa；65特殊特殊特殊特殊的或的或增强增强增强增强的微晶玻璃，的微晶玻璃，抗弯强度抗弯强度抗弯强度抗弯强度高达高达411.6 548.8 MPa。微晶玻璃的微晶玻璃的抗冲击强度抗冲击强度抗冲击强度抗冲击强度为为2.94 9.811 MPa，是普通玻璃的是普通玻璃的 l 2 倍，但仍属于倍，但仍属于脆性材料脆性材料脆性材料脆性材料。66属于属于高强度的微晶玻璃高强度的微晶玻璃高强度的微晶玻璃高强度的微晶玻璃，有以下三种：，有以下三种：Li2OMgO-Al2O3-SiO2Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2(BaO、PbO)-Al2O3-SiO2-TiO2系统。系统。67当当高膨胀系数高膨胀系数高膨胀系数高膨胀系数(9.0 10-6 10.0 10 6 K-1，25 300)的微晶玻璃的表面的微晶玻璃的表面被覆上被覆上被覆上被覆上比其膨胀系比其膨胀系数小数小(1.0 10 6 3.9 10 6 K-1)的的涂层涂层涂层涂层后，可获后，可获得很高的强度。得很高的强度。68(2)硬度及耐磨性硬度及耐磨性 微晶玻璃微晶玻璃硬度很高硬度很高硬度很高硬度很高，具有突出的，具有突出的耐磨耐磨耐磨耐磨性能。性能。其硬度高于其硬度高于高碳钢高碳钢、花岗岩花岗岩，接近，接近淬火工具钢淬火工具钢的的硬度。维氏硬度硬度。维氏硬度5.9 9.3 GPa。69属于属于高硬度的微晶玻璃高硬度的微晶玻璃高硬度的微晶玻璃高硬度的微晶玻璃有以下三种系统：有以下三种系统：CaO-Al2O3-SiO2；MgO-BaO-Al2O3；CaO-TiO2-CeO2。70(3)弹性模量弹性模量 在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与在弹性范围内大多数材料服从虎克定律，即变形与受力成正比。受力成正比。纵向应力纵向应力与与纵向应变纵向应变的的比例常数比例常数就是材料的就是材料的弹性模弹性模弹性模弹性模量量量量E E，也叫杨氏模量。，也叫杨氏模量。它是用来表征它是用来表征物体变形难易程度物体变形难易程度物体变形难易程度物体变形难易程度的参数。的参数。E E以单位面以单位面积上承受的力表示，单位为牛积上承受的力表示，单位为牛/米米2 2 71 横向应变横向应变与与纵向应变纵向应变之比值称为之比值称为泊松比泊松比泊松比泊松比，也叫横向，也叫横向变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。变性系数，它是反映材料横向变形的弹性常数。微晶玻璃的微晶玻璃的弹性模量弹性模量一般为一般为88 98 GPa，泊松比泊松比为为0.2150.29。此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为此外，微晶玻璃比铝轻，密度值为2.4 2.6 g cm-3。722热学性质热学性质(1)热膨胀系数；热膨胀系数；(2)热稳定性；热稳定性；(3)软化温度。软化温度。73 (1)热膨胀系数热膨胀系数采用采用不同组成不同组成不同组成不同组成及及热处理方法热处理方法热处理方法热处理方法，可以制得，可以制得多种膨多种膨多种膨多种膨胀系数胀系数胀系数胀系数(膨胀系数值为膨胀系数值为-1.2 10-6 20.0 10-6 K-1)的微晶玻璃。的微晶玻璃。74如以如以石英为主晶相石英为主晶相石英为主晶相石英为主晶相的的Li2O-Al2O3-SiO2系统系统玻璃，膨胀系数值为玻璃，膨胀系数值为-4 l0-7 4 l0-7 K-1，最最高高使用温度使用温度使用温度使用温度为为800 850。由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替由于这种微晶玻璃是透明的，所以可代替透明的石英玻璃透明的石英玻璃透明的石英玻璃透明的石英玻璃。75以以锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相的的Li2O-Al2O3-SiO2系统玻系统玻璃，膨胀系数值为璃，膨胀系数值为7 10-7 11 10-7 K-1(25 300)，最高安全最高安全使用温度使用温度使用温度使用温度为为1170，烧至红热，烧至红热态投入水中也不破裂，用于制态投入水中也不破裂，用于制烹饪器皿烹饪器皿烹饪器皿烹饪器皿等。等。76(2)热稳定性热稳定性 由于微晶玻璃由于微晶玻璃膨胀系数值低膨胀系数值低膨胀系数值低膨胀系数值低，抗张强度高抗张强度高抗张强度高抗张强度高，所以具有所以具有优良的热稳定性优良的热稳定性优良的热稳定性优良的热稳定性。有的可以经受。有的可以经受100 150的温度剧变而不破坏，有的还能在的温度剧变而不破坏，有的还能在温差温差温差温差高高高高达达400的条件下使用。的条件下使用。77(3)软化温度软化温度由于由于微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃中含有中含有大量晶体大量晶体大量晶体大量晶体，所以在晶体，所以在晶体熔化点以下时，其熔化点以下时，其粘度粘度粘度粘度几乎与几乎与温度温度温度温度没有关系。没有关系。当当晶体熔化晶体熔化晶体熔化晶体熔化后，其后，其粘度显著降低粘度显著降低粘度显著降低粘度显著降低，故在微晶，故在微晶玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比玻璃所含晶体的熔化温度以下时，它有比一般玻一般玻一般玻一般玻璃璃璃璃高得多的使用温度，其负荷软化温度为高得多的使用温度，其负荷软化温度为560 1340。78微晶玻璃在微晶玻璃在25400时的时的比热容比热容比热容比热容为为7.7410 2 9.2110 2 J(kg K)。微晶玻璃的微晶玻璃的导热性比较低导热性比较低导热性比较低导热性比较低，是，是热绝缘热绝缘热绝缘热绝缘材料材料材料材料。在。在25时，各种微晶玻璃的时，各种微晶玻璃的热导率热导率热导率热导率为为0.796 4.19 w.m-1.K-179 3化学稳定性化学稳定性微晶玻璃的微晶玻璃的耐酸耐碱耐酸耐碱性高于性高于一般玻璃一般玻璃，大致同大致同硼硅酸盐玻璃硼硅酸盐玻璃相当。对相当。对王水王水有非有非常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。常高的稳定性，仅有轻微的侵蚀。80例如例如:以以石英为主晶相石英为主晶相石英为主晶相石英为主晶相的微晶玻璃，在的微晶玻璃，在90时与时与15 HCl 作用，经作用，经24 h，其侵蚀量为其侵蚀量为0.04 0.05，以以锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相锂辉石为主晶相的微晶玻璃，其侵蚀量则为的微晶玻璃，其侵蚀量则为0.02 0.03。814光学性质光学性质光敏微晶玻璃光敏微晶玻璃光敏微晶玻璃光敏微晶玻璃具有具有感光显影感光显影感光显影感光显影性质，可像一般性质，可像一般照片的胶片一样进行照片的胶片一样进行曝光和显影曝光和显影。以以Au、Ag和和Cu等金属为等金属为成核剂成核剂成核剂成核剂的玻璃，可的玻璃，可用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等用镂空图案的铅皮、铁片、照相底片等贴在玻璃贴在玻璃贴在玻璃贴在玻璃表面表面表面表面，然后，然后用紫外线照射用紫外线照射用紫外线照射用紫外线照射进行曝光。进行曝光。82曝光后的玻璃，加热到曝光后的玻璃，加热到高于退火温度高于退火温度高于退火温度高于退火温度进行热处进行热处理。最终，理。最终，紫外线照射的部分紫外线照射的部分，被，被晶化晶化晶化晶化或着或着色色色色，而，而没有被照射部分没有被照射部分仍然仍然透明透明透明透明或或颜色不变颜色不变颜色不变颜色不变，因此，所需，因此，所需的图案就的图案就在玻璃中在玻璃中显示出来。其中，显示出来。其中，热处理过程热处理过程也也称为称为显影过程显影过程显影过程显影过程。83 5电学性质电学性质(1)介电常数介电常数(2)介电损失系数介电损失系数84 (1)介电常数介电常数一般玻璃一般玻璃一般玻璃一般玻璃的介电常数为的介电常数为420，最高的是，最高的是40(25,1000 Hz)。以以BaTiO3、NaNbO3、PbTiO3为主晶相的为主晶相的强介电强介电强介电强介电性微晶玻璃性微晶玻璃性微晶玻璃性微晶玻璃(BaO(PbO)-TiO2-Al2O3-SiO2，Na2O-Nb2O5-SiO2系统，其介电常数高于系统，其介电常数高于100。85一般微晶玻璃在一般微晶玻璃在高频高频高频高频、高温高温高温高温的条件下，也有的条件下，也有很高的很高的介电常数介电常数介电常数介电常数(5 10)。温度变化温度变化温度变化温度变化对微晶玻璃影响很小，在对微晶玻璃影响很小，在25 800间，其介电常数仅相差间，其介电常数仅相差0.3。86在高频、高温条件下，微晶玻璃在高频、高温条件下，微晶玻璃击穿电压击穿电压击穿电压击穿电压也也非常非常高高高高，一般为，一般为2.3 107 7.1 107 Vm。无碱无碱无碱无碱微晶玻璃微晶玻璃 MgO(BaO)Al2O3SiO2，其其主晶主晶主晶主晶相相相相为为堇青石堇青石堇青石堇青石，有良好的电绝缘性，其电阻率为，有良好的电绝缘性，其电阻率为l08.6 .cm。87堇青石堇青石堇青石堇青石(Iolite)属属斜方斜方斜方斜方晶系，晶系，化学式化学式化学式化学式为为Mg2Al4Si5O18，硬度硬度硬度硬度为为7.5 8，比重比重比重比重为为2.572.61，折射率折射率折射率折射率为为1.542 1.551，断口处呈，断口处呈油脂光泽油脂光泽油脂光泽油脂光泽。附附88堇青石的堇青石的颜色颜色颜色颜色很像蓝宝石，但是，由于常含有很像蓝宝石，但是，由于常含有水，所以又称为水，所以又称为水蓝宝石水蓝宝石水蓝宝石水蓝宝石。由于由于堇青石堇青石堇青石堇青石具有具有蓝宝石的颜色蓝宝石的颜色蓝宝石的颜色蓝宝石的颜色及及有光泽有光泽有光泽有光泽且且价格价格价格价格便宜便宜便宜便宜，因此更被戏称为，因此更被戏称为穷人家的蓝宝石穷人家的蓝宝石穷人家的蓝宝石穷人家的蓝宝石。堇青石的堇青石的能量能量能量能量是是相当稳定相当稳定相当稳定相当稳定的，且不能的，且不能以加热的以加热的方式方式来改变它的颜色，是一种货真价实的来改变它的颜色，是一种货真价实的宝石宝石宝石宝石。附附89(2)介电损失系数介电损失系数在高温、高频条件下，微晶玻璃在高温、高频条件下，微晶玻璃介电损失介电损失介电损失介电损失系数很低系数很低系数很低系数很低，某些微晶玻璃在，某些微晶玻璃在10 10 Hz、500时时介电损失系数介电损失系数介电损失系数介电损失系数值为值为0.010。90以以BaTiO3、NaNbO3、PbTiO3为主晶相的为主晶相的强介电性微晶玻璃强介电性微晶玻璃强介电性微晶玻璃强介电性微晶玻璃在在25、1000Hz时的时的介电介电介电介电损失系数损失系数损失系数损失系数为为0.008 0.025。91 二、微晶玻璃的核化、晶化与成核剂二、微晶玻璃的核化、晶化与成核剂 微晶玻璃的微晶化微晶玻璃的微晶化微晶玻璃的微晶化微晶玻璃的微晶化包括以下几个过程：包括以下几个过程：(1)玻璃结构玻璃结构玻璃结构玻璃结构发生微调；发生微调；(2)晶核晶核晶核晶核的形成；的形成；(3)基本晶相基本晶相基本晶相基本晶相的形成及生长；的形成及生长；(4)介稳相介稳相介稳相介稳相转变为转变为稳定晶相稳定晶相稳定晶相稳定晶相及及残余玻璃残余玻璃残余玻璃残余玻璃。92(1)玻璃结构发生微调玻璃结构发生微调不改变不改变玻璃态玻璃态，但，但物理性能物理性能物理性能物理性能发生变化称为发生变化称为“预预预预晶化晶化晶化晶化”，它主要是由，它主要是由近程有序近程有序近程有序近程有序向向远程无序远程无序远程无序远程无序微调；微调；93(2)晶核的形成晶核的形成激起激起基本结晶相基本结晶相的形成，这一过程是结的形成，这一过程是结晶的根本；晶的根本；94(3)基本晶相的形成及生长基本晶相的形成及生长这一过程，使这一过程，使介稳相介稳相接近于接近于玻璃的组成玻璃的组成；95(4)介稳相介稳相介稳相介稳相转变为转变为稳定晶相稳定晶相稳定晶相稳定晶相及及残余玻璃残余玻璃残余玻璃残余玻璃。96以上四个过程，是由以上四个过程，是由两段热处理两段热处理两段热处理两段热处理完成：完成：第一阶段是第一阶段是玻璃结构微调玻璃结构微调玻璃结构微调玻璃结构微调及及晶核的形成晶核的形成晶核的形成晶核的形成；第二阶段为第二阶段为均匀结晶均匀结晶均匀结晶均匀结晶，即，即核化处理核化处理核化处理核化处理及及晶化处理晶化处理晶化处理晶化处理。97微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃结晶过程中的结晶过程中的核化与晶化核化与晶化核化与晶化核化与晶化多数属于多数属于非非非非均相核化均相核化均相核化均相核化的类型。的类型。其其基本原理基本原理基本原理基本原理是：加入是：加入玻璃配合料玻璃配合料中的中的成核剂成核剂成核剂成核剂，在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻在熔制过程中，均匀地溶解于玻璃熔融体中。当玻璃处在璃处在析晶温度区析晶温度区析晶温度区析晶温度区时，成核剂能时，成核剂能降低降低降低降低晶核生成所需晶核生成所需要克服的要克服的势垒势垒势垒势垒，从而，从而核化核化核化核化可以可以在较低的温度下在较低的温度下进行。进行。98这种晶化类型的特点是这种晶化类型的特点是核化与晶化核化与晶化核化与晶化核化与晶化在整个玻璃在整个玻璃体内体内均匀地进行，均匀地进行，新晶相新晶相新晶相新晶相在成核剂上在成核剂上附析长大附析长大附析长大附析长大成为成为细小的晶体。细小的晶体。微晶玻璃微晶玻璃成核剂成核剂成核剂成核剂可分为可分为贵金属贵金属贵金属贵金属及及氧化物氧化物氧化物氧化物两大类。两大类。99 1贵金属成核剂贵金属成核剂常见的常见的贵金属成核剂贵金属成核剂有有Au、Ag、Cu、Pt、Ru、Rh及及Pd等；它们在玻璃中呈等；它们在玻璃中呈离子状态离子状态离子状态离子状态、吸、吸收电子后转变为收电子后转变为原子态原子态原子态原子态。100由于由于贵金属成核剂贵金属成核剂贵金属成核剂贵金属成核剂在玻璃中在玻璃中溶解度较小溶解度较小溶解度较小溶解度较小，因此，它们因此，它们以胶体形式析出以胶体形式析出，从而转变成，从而转变成玻璃玻璃析晶析晶的的成核剂成核剂成核剂成核剂。其胶粒的大小一般为。其胶粒的大小一般为8 l0 nm。1012氧化物成核剂氧化物成核剂 常用的氧化物成核剂常用的氧化物成核剂常用的氧化物成核剂常用的氧化物成核剂有有TiO2、ZrO2和和P2O5。它们易溶于它们易溶于硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃，配位数配位数配位数配位数较高，并且较高，并且阳阳阳阳离子的场强离子的场强离子的场强离子的场强较大，在热处理过程中，容易较大，在热处理过程中，容易从硅酸盐从硅酸盐网络中网络中分出，导致分出，导致分相分相分相分相、结晶结晶结晶结晶。102ZrO2在在玻璃熔体玻璃熔体中中(尤其是在尤其是在低碱低碱玻璃玻璃中中)难以溶解。但当它同难以溶解。但当它同P2O5共同共同使用使用时，则能显著提高其溶解度，因而时，则能显著提高其溶解度，因而得到广泛应用。得到广泛应用。103过渡元素的氧化物，如过渡元素的氧化物，如Cr2O3、Fe2O3、V2O5、NiO、MnO等也可作为等也可作为成核剂成核剂，但由，但由于它们能使于它们能使玻璃着色玻璃着色，故较少采用，故较少采用。104 三、微晶玻璃基本生产过程三、微晶玻璃基本生产过程微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的微晶玻璃由于产品种类不同，其具体的工艺路工艺路工艺路工艺路线线线线也各有特点。也各有特点。各种各种微晶玻璃微晶玻璃共同的共同的生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程生产工艺流程如下：如下：105所有上述工序中，所有上述工序中，热处理热处理热处理热处理是微晶玻璃生产是微晶玻璃生产的关键工序。的关键工序。配合料制备配合料制备配合料制备配合料制备玻璃熔融玻璃熔融玻璃熔融玻璃熔融成型成型成型成型加工加工加工加工微晶化处理微晶化处理微晶化处理微晶化处理再加工再加工再加工再加工106微晶微晶玻璃配方及生产工艺玻璃配方及生产工艺条件应满足下面的五条件应满足下面的五个的要求：个的要求：、玻璃、玻璃易熔制易熔制易熔制易熔制且且不被污染不被污染不被污染不被污染；、熔制及成型过程中、熔制及成型过程中不析晶不析晶不析晶不析晶：、成型后的玻璃有良好的、成型后的玻璃有良好的加工性能加工性能加工性能加工性能；、微晶化处理时微晶化处理时能迅速能迅速实现整体析晶实现整体析晶实现整体析晶实现整体析晶：、产品能、产品能满足设计的理化性能满足设计的理化性能满足设计的理化性能满足设计的理化性能要求。要求。107影响微晶玻璃综合性能的三大因素影响微晶玻璃综合性能的三大因素原始组成的成份原始组成的成份微晶体的尺寸和数量微晶体的尺寸和数量残余玻璃相的性质和数量。残余玻璃相的性质和数量。其中，其中，和和 是由微晶玻璃晶化热处理技术决定。是由微晶玻璃晶化热处理技术决定。108微晶玻璃微晶玻璃生产工序中，生产工序中，热处理热处理热处理热处理是微晶玻璃生产是微晶玻璃生产的关键工序。因为微晶玻璃的的关键工序。因为微晶玻璃的结构结构结构结构取决于取决于热处理的热处理的热处理的热处理的温度条件温度条件温度条件温度条件。109微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃热处理中，先后发生以下四个过程：热处理中，先后发生以下四个过程：分相分相分相分相晶核生成晶核生成晶核生成晶核生成晶体生长晶体生长晶体生长晶体生长二次结晶生长二次结晶生长二次结晶生长二次结晶生长110结晶化热处理过程图结晶化热处理过程图热处理温度条件热处理温度条件热处理温度条件热处理温度条件可以归纳为可以归纳为阶梯型温度处阶梯型温度处阶梯型温度处阶梯型温度处理理理理和和等温型温度处理等温型温度处理等温型温度处理等温型温度处理两种类型，如下图所示：两种类型，如下图所示：（a）阶梯温度制度阶梯温度制度（b b）等温温度制度等温温度制度1111阶梯温度处理阶梯温度处理阶梯温度处理一般阶梯温度处理一般采用分段的方式采用分段的方式采用分段的方式采用分段的方式进行。进行。第一阶段是第一阶段是在一定温度下在一定温度下保温保温保温保温，使玻璃中产生，使玻璃中产生尽可能多的尽可能多的晶核晶核晶核晶核；第二阶段是第二阶段是在较高一些的温度下在较高一些的温度下，令，令晶体生长晶体生长晶体生长晶体生长，使使基础玻璃基础玻璃转化为转化为以微晶结构为主以微晶结构为主的的微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃。112多数多数微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃微晶玻璃经过经过两个阶段热处理两个阶段热处理就完就完成了成了全部结晶化全部结晶化过程。过程。有时，有些微晶玻璃也需要有时，有些微晶玻璃也需要在更高的温在更高的温度下度下进行进行第三次热处理，第三次热处理，第三次热处理，第三次热处理，才能得到所需设计才能得到所需设计的晶相。的晶相。113低膨胀微晶玻璃热处理过程图低膨胀微晶玻璃热处理过程图例如，用例如，用Li2O-Al2O3-SiO2系统生产系统生产低膨胀微低膨胀微低膨胀微低膨胀微晶玻璃晶玻璃晶玻璃晶玻璃时，就要时，就要分三个阶段热处理分三个阶段热处理分三个阶段热处理分三个阶段热处理才能得到不透明才能得到不透明的制品，如下图所示。的制品，如下图所示。114 2等温处理等温处理某些系统的基础玻璃