纳米相玻璃陶瓷

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1、实用标准文案J.Am.Ceram.Soc.82[1]5-16,1999纳米相玻璃陶瓷GeorgeH.beallandLindaR.PinckneyCorningIncorporated,Corning,NewYork在将来，玻璃陶瓷主要利用它的内部性能，特别是对信息的传输，显示，存储等专业性能来进行应用的。玻璃陶瓷的显微结构是由许多均匀分布的尺寸小于100纳米的晶体所组成，它可以进行许多可行的新型的应用，也可使许多现有的产品具有特殊的性能。这篇文章主要讨论两种类型的纳米晶玻璃陶瓷：透明的微晶玻璃和

2、可用于精密工程表面的硬的高模量的微晶玻璃。透明的微晶玻璃是从铝酸盐玻璃中形成的，这种玻璃能够有效的进行结晶形核，并缓慢长大。其中主要的晶体相包括具有低热膨胀行为的ß相石英固溶体，高硬度及弹性模量的尖晶石和具有独特的荧旋光性的莫来石。I.绪论玻璃陶瓷技术是以玻璃的可控形核与结晶为基础的。虽然玻璃陶瓷物体可以通过玻璃整体的内部形核或者经由玻璃原料烧结和结晶来制取，但是由内部形核而可能所具有的显微结构的类型范围要宽广的多。一些玻璃成分可以自发形核，但是通常来说，原料中都需要加入某种特定的形核剂来促使分离

3、和内部形核。这些形核剂均匀的溶入玻璃当中，在二次加热中以精确的比例来使得相分离。这种分散相在结构上的特征就是与母体玻璃不相容，因而在高于玻璃退火点30—100℃的温度下加热时，细小的晶核就可以沉淀出来。这些晶粒可以作为初始晶体相再次形核时的形核点。此外，晶化过程可以在分离相自身内部进行，也可以从分离体的表面开始。形核之后，可进行多次的高温热处理来促使初始相的晶化并形成所需要的微观结构.此时晶核将继续长大，直到碰触到相邻晶粒为止，从而形成一个大的结晶体，并有少量的剩余玻璃，这些剩余玻璃也可能作为结晶

4、成分而被消耗掉。某些玻璃陶瓷的微观结构可专门设计成这样，即在有连续剩余相玻璃存在的基体中均匀分布着不相互接触的小晶体。玻璃陶瓷相对于传统的粉末制备陶瓷来说具有许多优点。除了在玻璃态便于成型外，玻璃陶瓷还具有均匀的显微结构，而且对于同质的初始玻璃，其性能可再现。此外，玻璃陶瓷的物理性能可在一个很大的范围内变化。例如热膨胀系数（CETs），可从－75×10（－7）/℃到＋200×10（－7）/℃。而玻璃或陶瓷都很难有这么大的变化范围。许多玻璃陶瓷主要都因其热膨胀几乎为零而具有商业价值。而若将其高的机械

5、强度与零孔隙度结合起来，则从建筑材料到餐具到骨头移植等，均可使玻璃陶瓷得到广泛应用。在玻璃陶瓷可形成的众多微观结构中，那些晶体尺寸小于100nm且均匀分布的微晶结构可使现有的产品具有某些特殊的性能，同时还可开发许多可行的新的应用。这种显微结构在学术上即被称为“纳米晶”。这篇文章主要着重于两种类型的纳米晶玻璃：透明微晶玻璃和具有可精密加工表面的硬的高模量的微晶玻璃。前者拥有大量的消费者及技术方面的应用。而后者则主要用于磁存储盘底层和要求具有光洁表面，耐化学腐蚀的高温环境下。II.透明微晶玻璃透明微晶

6、玻璃通常具有两种特性：；一是具有纳米晶，二是比透明玻璃的热稳定性要好，一般都高于常用温度800℃。多数商用透明微晶玻璃都是利用其比较好的热学性能，特别是极低的热膨胀和高的热稳定性，热震抗性。以填充锂ß相石英晶体为基础的零或近零膨胀材料可用于高精密光学仪器，比如望远镜镜片，炉顶盖，烹饪用具，煤气炉口，炉门和其他技术设备。精彩文档实用标准文案另一种透明微晶玻璃的热膨胀特性与硅非常相近。这种材料通常都是以分布着尖晶石和莫来石的非碱性硅酸盐玻璃为基础来制取的，可用于平面仪表显示等领域。第三组透明微晶玻璃在

7、发光特性上与普通玻璃有很大的区别，可用于光学放大器，太阳能收集器和激光应用中的上变频器装置等方面。（1）透明要求好的透明性要求材料具有低的光散射和低的离子或原子吸收率。低散射性一般比较难以得到，可以通过满足两个标准中的任一个来获得。第一个标准要求所有的晶体相和剩余玻璃具有非常相近的光折射率，且晶体须具有低的双折射性。满足第一个标准的微晶玻璃可以填充镁，锌且含有ß相石英的SiO2-AL2O3-MgO-ZnO-ZrO2为例。除了晶体尺寸达到10微米以外，光学性能基本上各向同性的ß相石英晶体还可使微晶玻

8、璃具有高的透明度。满足低散射率的第二个标准就是晶体尺寸比光的波长要小得多。在这种情况下，有两种散射方式。第一种是指散射范围非常广的自由散射，而且遵从Rayleigh-Gans公式。在这个个公式中，σp表示散射的总混乱度或衰减率。σp≈2/3*NVk4a3(nΔn)2其中，N表示粒子数量密度，V表示粒子体积，a表示粒子半径，k=2π/λ(λ表示波长)，n为晶体折射率，Δn为晶体与母体折射率之差。为满足实际应用，粒子半径应小于15nm，且玻璃与晶体折射率之差应小于0.1,从而达到所需透