玻璃陶瓷制备工艺分析思考与研究设计

1、毕业论文题目：玻璃陶瓷制备工艺分析思考与研究设计目 录摘 要1关键字1第一章 前 言21-1玻璃陶瓷概述21-2 玻璃陶瓷发展历史41-3 玻璃陶瓷的应用与发展现状6第二章 玻璃陶瓷的工艺原理112-1 可切削玻璃陶瓷概况112-2 玻璃陶瓷的工艺原理132-3 玻璃陶瓷的生产工艺182-3-1晶化热处理的温度制度20第三章 试验方法233-1 实验材料的成份233-2 试验方法233-2-1 不同温度、时间的核化、晶化23第四章 实验结果与讨论264-1 分相、核化、晶化、的关系264-1-1 实验结果264-1-2 讨 论30附 录36摘 要玻璃陶瓷（glass-ceramics）又称微晶玻璃。是综合玻璃，玻璃陶瓷微和我们常见的玻璃看起来大不相同1；2。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而玻璃陶瓷象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，玻璃陶瓷比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。关键字：玻璃陶瓷；可切削玻璃陶瓷；分相；结晶化；晶核剂AbstractGlass-ceramic (glass-ceramics),

2、 also known as glass-ceramics. Integrated glass, glass-ceramic micro-and we often look very different from the glass . It has double glass and ceramic properties, the general arrangement of atoms within the glass is not the rule, which is one of the reasons for fragile glass. As ceramics and glass-ceramic, as composed by the lens, that is, its atomi arrangement is regular. Therefore, the glass-ceramic Ceramic brightness than higher toughness than glass.Keywords: Glass ceramics; machinable glass-

3、ceramic; phase; crystallization; nucleating agent第一章 前 言1-1玻璃陶瓷概述玻璃陶瓷,又名微晶玻璃,是将加有成核剂(个别也可不加) 的特定组成的基础玻璃,经热处理工艺后所得的微晶体和玻璃体均匀分布的复合材料. 玻璃陶瓷兼有玻璃和陶瓷的优点,具有许多常规材料难以达到的优异性能. 它采用一种与普通玻璃相近的制造工艺,但其特性却与玻璃迥然不同. 玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体,从热力学观点出发,它是一种亚稳态. 与结晶态相比,它具有较高的内能,在一定的条件下可以转变为结晶态. 从动力学观点出发,玻璃熔体在冷却过程中,粘度的快速增加抑制了晶核的形成和长大,使玻璃体来不及转变为结晶体. 玻璃陶瓷就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件,而又克服了它在动力学上的不利条件而获得的新型材料.玻璃陶瓷的制造通常采用普通玻璃的造工艺,再经过特殊的热处理而制成. 首先,在有利于成核的温度下,产生大量晶核(成核阶段避免析晶) ;然后,再缓慢加热到有利于晶体成长的温度下保温,使晶核适当长大;最后,冷却处理. 在微晶玻璃生产过程中,为了形成晶核和加速析晶

4、,一般是在其组分中引入适当的晶核剂(成核剂) . 当玻璃的化学组成适宜时,可以不使用晶核剂,而是通过热处理使玻璃发生液相分离,从而促进玻璃的微晶化3；4 . 微晶玻璃中微晶体的大小一般可从10 纳米到几微米, 晶体数量可高达50 %90 %. 因此,微晶玻璃具有高机械强度、低电导性、良好的可加工性、耐化学腐蚀等优良性能.玻璃陶瓷一问世,就以其组成广泛、品种繁多而著称. 这不仅由于微晶玻璃的组成有很大的选择范围,而且即使组成相同,而采用不同的晶核剂或者不同的热处理制度,所制成的玻璃陶瓷在性能上也存在着很大的差异.玻璃陶瓷是材料科学上的一项新的研究发现,可以作为结构材料、技术材料、光学电学材料、装饰材料等广泛应用于国防尖端技术工业、建筑业及生活等各个领域. 因此,微晶玻璃被科学家们称为21 世纪的新型建筑材料.玻璃陶瓷是基础玻璃经控制晶化行为而制得的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰3-8;等作为主要生产原料，且生产过程无污染 产品本身无放射性污染，故又被称为环保材料或绿色材料。玻璃陶瓷作为一种独立系统的复合材料，具有与玻璃、陶瓷不同的特点。微晶玻璃与普

5、通玻璃的区别在于，在成分上含有微量晶核剂，其制品大部分是晶体，而不像玻璃是无定形或非晶体；在制造工艺上与普通玻璃的区别在于，继熔制与成形以后必须经历晶化工序，并且控制过冷玻璃液体的成核速度和晶体生长速度，使其迅速晶化，制取最大可能数目的微小晶体，以期形成玻璃陶瓷所需的种种特性。微晶玻璃与陶瓷材料区别在于，它的晶相大部分从一个均匀玻璃相中通过晶体生长而产生，而不像陶瓷材料的结晶物质是在制备陶瓷组分时引入。 玻璃陶瓷是由结晶相和玻璃相组成的，微晶玻璃中的结晶相是多晶结构，晶体细小，比一般结晶材料的晶体要小得多，通常不超过 2m。在晶体之间分布着残余的玻璃相，它把数量巨大、粒度细微的晶体结合起来。结晶相的数量一般分为 50-90%，玻璃相的数量从10%高达50%。微晶玻璃中结晶相、玻璃相分布的状态，随它们的比例而变化。 微晶玻璃的品种很多，若按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；若按外观可分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；若按所用材料可分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃；若按性能可分为耐高温、耐热冲击、高硬耐磨、高强度、易机械加工、易化学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、零膨胀、低介电损失、强介电性

6、等各种微晶玻璃；若按基础玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐等类；若按所含氧化物的特点可分为含Li2O、含Na2O、含MgO、含B2O3、含BaO、含PbO或无碱、无硅氧晶相等微晶玻璃5。1-2 玻璃陶瓷发展历史 由玻璃制备多晶材料的思想可追溯到十八世纪，法国学者家 Rene De Reaumur于 1739年进行了初步探索。但微晶玻璃材料的研制成功并实现工业化则始于本世纪五十年代末，由美国康宁公司的Stookey发明了光敏微晶玻璃。微晶玻璃的性能即决定于组成相的固有属性，又决定于形成的微观组织形态。能够形成微晶玻璃的硅酸盐从结构上大致分为三类：架状硅酸盐、片状硅酸盐、片状硅酸盐及链状硅酸盐，每种均有其特定的组成及结构和性能特点。微晶玻璃从五十年代末诞生到目前四十多年的发展历程，大致可分为三个阶段：1） (五十年代末到七十年代中期)研究重点是架状硅酸盐微晶玻璃，这种结构具有较高的热稳定性及聚合度，热膨胀系数低是这类材料的突出特点。这一时期广泛研究了多种有效的成核剂，获得了高度结晶化且具有细小晶粒 ( 100nm) 的透明材料，其中最为典型的是Li2O-Al2O3-S

7、iO2系统微晶玻璃。2) (七十年代中期到八十年代中期)具有较低聚合度和稳定性的片状和链状硅酸盐微晶玻璃得到了广泛研究，开发了具有较高强度和韧性，具有易切削性的多种微晶玻璃材料11。如片状氟金云母型微晶玻璃，其商品Macor己在航天飞机的部件、微波窗口、电真空等多方面获得应用。3) (八十年代中期至今)复杂结构及多相微晶玻璃得到了广泛的研究，并且在有针对性的材料开发研究、系统的性能研究方面也更为深入。特别在生物材料、电磁材料、超导材料、核废料处理等方面，极大地扩展了微晶玻璃的应用领域。在这一阶段，特别是九十年代，对微晶玻璃制备技术的研究取得了瞩目的成就，开发了新的工艺，如溶胶一凝胶法、烧结法等6。 微晶玻璃具有许多宝贵的性能：膨胀系数可调（例如可制成零膨胀系数玻璃）、机械强度高、电绝缘性优良、介电损耗小、介电常数低、耐磨、耐腐蚀、热稳定性好及使用温度高等，因而它作为结构材料、技术材料、光学和电学材料、建筑装饰材料等广泛用于国防尖端技术、工业建筑及生活等各个领域。作为建筑材料，其性能集玻璃、陶瓷、石材的优点于一身；作为功能祠料和结构材料，在光、电、生、化、磁等微电子技术、生物技术、国防尖

8、端技术、机械制造等领域得到了广泛的应用，并且具有巨大的发展前景。玻璃陶瓷是世纪年代发展起来的新型陶瓷材料，它是通过控制玻璃体析晶而获得的多晶陶瓷材料，它兼有玻璃、陶瓷的优点， 有常规材料难以达到的物理性能。与玻璃比较，玻璃陶瓷的力学、耐腐蚀性能大大提高；与传统陶瓷相比，玻璃陶瓷的结构、性能容易控制，可以运用成熟的玻璃生产工艺来提高生产效率。因此，玻璃陶瓷越来越受到人们的重视，获得广泛应用，被专家誉为世纪的新型陶瓷材料。玻璃陶瓷比其原始玻璃和传统的陶瓷材料具有更优异的性能,特别是可切削玻璃陶瓷(glass- ceramic)能使用通常的金属加工方法进行切削,成为材料工艺上一个突出的进展,在机械、生物医学和电子等领域有较广的应用前景7 。本文研究的是CaO - MgO - Al2O3 - SiO2 - F系中以钙云母为主晶相的可切削氟玻璃陶瓷的显微结构对性能的影响。本研究对此类材料理想显微结构和性能的获得,有重要的指导意义。1-3 玻璃陶瓷的应用与发展现状微晶玻璃具有许多宝贵的性能：膨胀系数可调（例如可制成零膨胀系数玻璃）、机械强度高、电绝缘性优良、介电损耗小、介电常数低、耐磨、耐腐蚀、热

9、稳定性好及使用温度高等，因而它特别适合汽车、军工、航空航天、精密仪器、医疗设备、电真空器件、电子束暴光机、纺织机械、传感器、质谱仪和能谱仪等。对于一些薄壁的线圈骨架，精密仪器的绝缘支架，形状复杂等精度要求高的器件，微晶玻璃陶瓷更为适用，它可加工成任意形状。它比氮化硼强度高，放气率低；比聚四氟乙烯耐高温，不变形，不变质；经久耐用，比氧化铝瓷更好加工，生产周期短，合格率高，设计人员可任意制作所需尺寸的产品。作为结构材料、技术材料、光学和电学材料、建筑装饰材料等广泛用于国防尖端技术、工业建筑及生活等各个领域。作为建筑材料，其性能集玻璃、陶瓷、石材的优点于一身；作为功能祠料和结构材料，在光、电、生、化、磁等微电子技术、生物技术、国防尖端技术、机械制造等领域得到了广泛的应用，并且具有巨大的发展前景。2 0 1 0年全球新型玻璃陶瓷市场将达到1 7 6亿美元根据商通讯公司发布的报告，2005年全球新型玻璃陶瓷销售111亿美元，顶汁2010年将达到176亿元，平均年增长率为73 %。新型玻璃和陶瓷广泛用于高技术及专业领域。与传统玻璃相比，新型玻璃含有特殊的添加物，甚至成分与传统玻璃完全不同；而且常常通过新颖的加工方法制作而成。新型玻璃能用于各种电子显示器、光纤、厚膜包装、光盘基体、航空及高性能复合材料、牙齿植入、牙齿材料和辐射防扩。2005年，玻璃陶瓷在电子领域的应用最多，其中电子显示器在电子显示器在电子应用市场居首位，这些显示器包括阴极射线管 (CRTs)、晶显示器(I CDs)、真空放电显示器等。玻璃陶瓷的第二大应用是光学领域。过去几年，玻璃陶瓷在光学领域的应用有所下降，从2002年的22亿美元下降到2004年的17亿美元。预计2010年玻璃陶瓷在光学

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