一文了解玻璃陶瓷
2021年6月10日 11:38玻璃和陶瓷这两种材料，大家肯定非常熟悉，但是玻璃陶瓷大家是否了解呢？玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷两者所具备的性能，不仅可用于替代传统材料，还可用于其他的全新领域，有良好的的发展前景，据了解，目前有企业在手机后盖中应用玻璃陶瓷这种材料，抗摔与硬度效果不错。
一、玻璃陶瓷介绍
玻璃陶瓷又称为微晶玻璃，是一种由适当组成的玻璃颗粒经烧结与晶化，制成的由结晶相和玻璃相组成的质地坚硬、密实均匀的复相材料。
从它的生产工艺来看，应该叫它玻璃，因为它和普通玻璃的制造方法相同；但从最后得到的产品来看，它是一种多晶的不透明物质，在大多数情况下又非常像陶瓷。实际上，它 是用玻璃工艺方法制得的陶瓷，所以叫做玻璃陶瓷。
图 玻璃陶瓷工艺流程
玻璃陶瓷具有玻璃和陶瓷的双重特性，比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。它不仅可以代替传统材料以获得更好的经济效益和改善工作条件，而且开辟了许多新的应用领域。
玻璃陶瓷优异的性能主要体现为以下几点：
1）强度高，机械强度好；
2）具有优良的电学性能，介电损耗率低，电绝缘性质优良；
3）具有良好的热学性能，热膨胀系数低，热振稳定性能好，变形温度高；
4）具有更加稳定的化学性能，抗水合，抗水化能力，抗阳离子交换能力；
5）加工性能好，可与众多材料匹配；
二、玻璃陶瓷的诞生
玻璃陶瓷的诞生是一场美丽的“意外”。
1952年，在闻名遐迩的美国玻璃制造公司——康宁玻璃厂实验室内，S.Donald Stookey博士在加热一块由Corning 1947年开发的感光玻璃时，由于电炉温度过热，担心玻璃融浆会把电炉烧坏的烧坏的Stookey打开炉门是发现，原本以为会熔融的玻璃仍然保持着原本完美的形状，变成了一块奶白色的薄板，直挺挺的躺在炉内。当Stookey试图把它从炉腔内取出时，由于钳子未能夹紧，玻璃薄板滑落在地。让他再次惊奇的是，玻璃没有摔碎，而是弹了起来。
这种由微小晶体组成的玻璃，重量比铝轻，在高温下又不会变形，且强度高于高碳钢，与常规的钠钙玻璃相比则要高出许多倍，就是后来的一个新的材料系列 —— 玻璃陶瓷。
图 S.Donald Stookey正在研究玻璃，图片来自蝌蚪五线谱
三、微晶玻璃的分类
目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同：
1）按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；
2）按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；
3）按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；
4）按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；
5）按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等。
四、玻璃陶瓷的应用现状
玻璃陶瓷集中了多种优良性能，如机械强度高、耐磨耐腐蚀、抗氧化性好、电学性质优良、膨胀系数可调、热稳定性好等，现已在许多领域获得了广泛应用。
玻璃陶瓷因具有良好的机械性能而在机械工程领域获得应用。利用其强度高、耐磨性好等特性，可用作球磨机内衬、研磨体等；利用其可切削性，可以使用普通刀具进行精加工，极大地扩展了其使用范围；玻璃陶瓷的热膨胀系数也是作为结构材料使用时的重要参数，低的膨胀系数对于构件的尺寸稳定性及抗热震性有利，而作为封接材料则要求具有较高的膨胀系数。
图 玻璃陶瓷齿轮环，图片来自澳中新材料
一些玻璃陶瓷具有优良的介电和绝缘性能，可在微波、高压等领域获得应用。
图 玻璃陶瓷用于微波炉，图片来自网络
生物微晶玻璃具有许多优越、独特的性能，如良好的化学稳定性、生物兼容性或者生物活性等。目前，主要用作牙齿材料、人造骨骼、铁磁性抗癌材料等。
图 玻璃陶瓷全瓷牙产品，图片来自名扬牙科
有些微晶玻璃陶瓷材料极为坚固耐用，耐受极高的温度，极强的耐腐蚀性和极低的热底胀系数的特点，并且可被雷达波穿透，可用于制造对空导弹弹头和雷达外罩。
图 玻璃陶瓷用于导弹弹头，图片来自康宁生命科学
微晶玻璃通常没有气孔,且含有一定的玻璃相,因此它可以具有良好的透明性,其中,以β·石英为主晶相的LOA2O3·SiO2系统微晶玻璃具有接近零膨胀的特性,其线膨胀系数为(0±002×10-6)℃C-1.这类微晶玻璃通常用作天文望远镜的镜片。目前世界上最大的天文望远镜用的微晶玻璃镜片直径为82m。
图 微晶玻璃可以用作天文望远镜的镜片（网络图）
建筑微晶玻璃作为新型绿色装饰材料，成为世界上最具有发展前的建筑装饰材料，其装饰效果和性能均优于玻璃砖、花岗岩和大理石板材等微晶玻璃耐酸耐诚碱性、抗冻性、耐污性能优异,无放射性污染，镜面效果良好质轻可作为结构材料。
图 微晶玻璃幕墙，图片来自网络
微晶玻璃具有机械强度高、热膨胀性能可调、耐热冲击、耐化学腐蚀、低介电损耗等优越性能，广泛应用于日常生活的方方面面。可用作餐具、厨具、玻璃幕墙、摄影器材部件等。
图 玻璃陶瓷用于日常餐具
图 玻璃陶瓷用于电磁炉面板（网络图）
图 日本适马公司发布的全球首款高透明微晶玻璃保护镜，图片来自蜂鸟网
来源：粉末成型圈
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