玻璃陶瓷自1957年問世以來,已得到廣泛的研究與開發(fā),不論在其制備工藝上還是其它的性能上都有一個(gè)非常大的打破,而且使玻璃陶瓷具有了既不同玻璃,又不同于燒結(jié)陶瓷的特點(diǎn)。玻璃陶瓷的種類有硅酸鹽玻璃陶瓷、氮氧玻璃陶瓷、氟云母玻璃陶瓷等。由于玻璃陶瓷有獨(dú)特的物理化學(xué)性能,熱膨脹系數(shù)可調(diào)性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性能優(yōu)良、耐磨耐腐蝕及熱穩(wěn)定性好,作為普通型材料主要用于建筑和生活,而作為結(jié)構(gòu)材料和功能材料則用于國(guó)防高等技術(shù)、微電子技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)等方面。生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,成型方式靈活,傳統(tǒng)的熔融法生產(chǎn)玻璃陶瓷工藝已較為成熟,研究工作已集中在尋求新的工藝,在新工藝方面。日本70年代出現(xiàn)了燒結(jié)玻璃陶瓷,使玻璃陶瓷的組成范圍擴(kuò)大,品種增加,也使其得到了更加廣泛的應(yīng)用。
玻璃陶瓷具有熱膨脹可調(diào)節(jié)性、耐腐蝕性、良好的抗熱震性、高度度、低介電損耗以及高的機(jī)械可加工等優(yōu)越綜合性能。廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,下面將介紹玻璃陶瓷在特殊領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)。
1、低膨脹和可調(diào)節(jié)膨脹的玻璃陶瓷
(1)低膨脹玻璃陶瓷具有很高的熱穩(wěn)定性,使它成為制造炊具的理想材料,到目前為止它還是玻璃陶瓷非常大的應(yīng)用領(lǐng)域。
(2)低膨脹或零膨脹玻璃陶瓷對(duì)溫度變化特別不敏感,這類材料適合用于隨要求溫度改變,而尺寸穩(wěn)定的應(yīng)用中。
(3)玻璃陶瓷有膨脹系數(shù)可以在很大范圍內(nèi)使它能和多種金屬封接而成為焊料。
2、透射電磁波的玻璃陶瓷
電磁波譜包含相當(dāng)寬的頻率范圍,玻璃陶瓷對(duì)此范圍有很多部分波的傳輸,具有相當(dāng)大的潛力。
3、用于微電子技術(shù)的玻璃陶瓷
(1)大面積設(shè)備元件和組件玻璃陶瓷已由GEC Alsthom開發(fā),其線膨脹特性與硅等匹配。
(2)對(duì)高散熱材料,新型陶瓷如氮化
鋁,有更高的熱導(dǎo)率(約150W/mk)和類似于硅的熱膨脹系數(shù),但價(jià)格昂貴。
(3)在較高頻率的應(yīng)用中,氧化鋁相對(duì)高的介電常數(shù)(微波頻率下約10)在電路設(shè)計(jì)中,成了問題,較低介電常數(shù)材料是必要的。
4、耐火玻璃陶瓷
玻璃陶瓷的耐高溫能力大多數(shù)比燒結(jié)陶瓷如:Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4差,以等離子或弧焙能獲得更高的溫度,但這些技術(shù)僅有于有限的組成,已經(jīng)證實(shí)鎂鋁硅酸鹽類材料和鋇硅酸鹽類能經(jīng)受超過1000℃的溫度,然而在這方面做的非常大改進(jìn)是在選擇的組分中引入氮。
5、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的玻璃陶瓷
(1)玻璃陶瓷在這個(gè)領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)是生物活性。用Na2O-CaO-P2O5-SiO2,系統(tǒng)玻璃陶瓷已取得類似于人臂和腿骨的強(qiáng)度,其中主晶相是Ca2P2O5和Na2Ca3Si6O16平均晶粒尺寸約為20μm。硅的存在加大骨礦化速度并有利于骨骼發(fā)育。
(2)玻璃陶瓷材料在生物醫(yī)學(xué)這一領(lǐng)域中應(yīng)用較有優(yōu)勢(shì),組成有用于金屬牙彌補(bǔ)術(shù)的鉀鋁硅酸鹽;用粉末工藝制的并著色成與天然齒相稱的鋰鈣鋁硅酸鹽;用“失蠟”石膏鑄法成型的云母玻璃陶瓷;用于薄飾板的非整體齒冠的磷硅酸鹽等。
6、可機(jī)械加工的玻璃陶瓷
可機(jī)械加工的玻璃陶瓷是70年代初期發(fā)展起來具有不同一般的綜合性能的新型材料,通過機(jī)械加工成尺寸非常準(zhǔn)確和樣式多樣的制品,加工后不需任何處理便可使用。
近代玻璃陶瓷制備方法主要有澆注法、燒結(jié)法,前者需在原料中加入晶核劑,促使其微晶化,使用于非常大塊體的制品;后者主要利用玻璃末粒子表面的成核作用而析晶。在其特殊應(yīng)用方面,優(yōu)于一般玻璃或陶瓷的應(yīng)用。玻璃陶瓷具有內(nèi)容豐富、涉及面廣及特殊領(lǐng)域中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),有待于進(jìn)一步的研究和開發(fā),尋找新的應(yīng)用領(lǐng)域。