玻璃陶瓷材料

組成和顯微結構是玻璃陶瓷成分設計的兩個主要影響因素，主成分是成核的決定性因素，對於具有機械和光學性能的玻璃陶瓷來說，顯微結構是更為關鍵的影響因素，與主成分和微晶相聚集情況有關，不同的熱處理制度也會對顯微結構產生重要影響。控制玻璃的析晶是形成玻璃陶瓷的前提條件．成核是控制結晶的決定性因素。母玻璃中晶體的形成通常經過兩個階段：①亞顯微核形成階段；②亞顯微核生長階段。以上兩個階段分別稱為成核和晶體生長。成核受兩方面因素影響：①選擇化學組成適宜的母玻璃，通常添加一定的成核劑；②控制熱處理制度，即加熱溫度及保溫時間。

玻璃陶瓷的製備最早使用的是熔融法，現在仍然廣泛使用。此種方法是將各種原料及添加劑混合均勻，於1100℃～1550℃高溫下熔融，均化后將玻璃熔體成型，退火后在一定溫度下進行核化和晶化，以獲得晶粒細小、均勻且整體析晶的玻璃陶瓷。熔融法的最大特點是可以沿用任何一科·玻璃的成型方法，例如壓制、壓延、吹制、拉制及澆鑄等。與通常的陶瓷成型工藝相比，此法適合製備形狀複雜、尺寸精密的製品，便於機械化、自動化生產，所得玻璃陶瓷製品緻密度高、組成均勻、無氣孔。然而，此法的熔制溫度高，所得玻璃陶瓷晶相的數量取決於基礎玻璃的整體析晶能力和熱處理制度。

傳統的熔融法製備玻璃陶瓷存在一定的局限性，例如玻璃熔制溫度高、熱處理時間長，而燒結法能夠克服以上缺點。此法是將玻璃熔體水淬、磨細后得到玻璃粉末，篩分分級后將玻璃粉末製成生坯，再在一定溫度下燒結，隨爐冷卻得到樣品。燒結法的特點是基礎玻璃的熔融溫度比熔融法低，熔融時間短。由於玻璃粉末具有較高的比表面積，比熔融法所得的玻璃更易析晶，不必使用核化劑。另外，此法製備玻璃陶瓷無需經過玻璃形成階段，所以適於極高溫熔制的玻璃以及難以形成玻璃的玻璃陶瓷的製備。目前研究較多的是堇青石、頑輝石和鋰鋁硅系統的燒結玻璃陶瓷。

利用玻璃陶瓷耐高溫、抗熱震、熱膨脹可調等力學和熱學性能，可以製造出各種滿足機械力學要求的材料。利用雲母的可削性和定向取向性，可以製備出高強度的和可切削加工性能的玻璃陶瓷。玻璃陶瓷作為機械力學材料可廣泛應用於活塞、旋轉葉片及炊具，也可作為結構材料用於飛機、火箭、人造衛星。

低膨脹和零膨脹玻璃陶瓷對溫度變化不敏感，可在溫度變化但要求尺寸穩定的領域得到應用，例如可用於望遠鏡和激光器的外殼。將低膨脹鋰系玻璃陶瓷用於光纖接頭，與氧化鋯材料相比，在熱膨脹係數和硬度方面與石英玻璃光纖更為匹配，易於精密加工，環境穩定性好。