结晶玻璃玻璃材料

玻璃和材料的颜色一般为浅色，如：白色，浅灰色，浅蓝色或浅黄色等玻璃结晶材料。这些材料除具有最佳的物理力学性能以外，外观亦很精美，因而用途甚广。制备玻璃主要是用高炉矿渣，用多相结晶制得浅色结晶玻璃材料。玻璃中硫、氟、锌、锰和铁的总含最及其化合物的数量和性质以及硫化物和氧化物之间的相互关系，都对浅色玻璃及结晶玻璃材料是否能够成型起着决定性的作用。作为白色物料的硫化物-硫化锌及作为深色物料的硫化锰和硫化铁皆有助于玻璃中晶核的形成，若改变硫化锌、硫化锰和硫化铁的相对含量，则生产的结晶玻璃材料的颜色就有可能改变。

当玻璃中含有的硫化物的硫，其量足以能与所存在的锌阳离子完全化合的时候，即能获得一种白色的结晶玻璃材料。但是，如果玻璃里硫化物的硫的含量比与所有氧化锌相化合所要求的量要多的时候，则剩余的硫将与锰和铁起反应，并将使结晶玻璃材料具有一种特殊的颜色。如果硫的化合物作为制备结晶玻璃材料的促进剂的话，就应该在最初的玻璃中加入一定数量的硫，反过来， 这又需要掺人相应数量的氧化锌，其量一般不大于1.5%。氧化锌用在玻璃生产上是一种比较贵重的材料，此外，氧化锌还会降低玻璃在结晶温度范围内的粘度，因此，所生产的制品一经熔化便会变形。

各类聚合物呈现不同的结晶倾向，这与它们的成分和分子结构有关，网络聚合物和弹性体是非晶态，因为基本上无规的三维共价键合阻止了远程有序所需要的分子重排。一种长链聚合物是否结晶，与侧基的特点以及链的支化程度有关，在较小程度上，还与链长有关，由整齐的、同样的重复单元构成的聚合物有时能纳入有规律的结晶排列，具有大侧基或支化严重的聚合物比具有较小侧基或非支化的聚合物更倾向于非晶态，侧基的几何安排也影响结晶倾向，如果侧基沿分子链无规地放置，这种构型称为无规立构。这样的聚合物难以结晶，另外，如果侧基的构型是全排在链的一侧或者是有规律地交替排列，这种聚合物的侧基即使很大，也比较容易结晶，实际的聚 合物并不是纯无规立构的，也不是纯全同立构的，或纯间同立构的，而有不同的立构规整度。

有多种重复单元的共聚物比只有一种重复单元的均聚物难以结晶，同样，结晶的倾向与构成共聚物链的各种重复单元的配置是有规或是无规有关，缺乏规律性有利于非晶态。由三种或更多种不同单体构成的共聚物，一般完全是非晶态。

结晶玻璃制品生产的改进。尤其是关于生产抗冲击强度高的结晶玻璃制品，此种制品可做工厂的楼面板和研磨的衬里。过去生产的结晶玻璃制品的抗冲击强度不超过5公斤厘米/厘米²，不能满足工程的要求，因此在使用上受到限制。这里生产结晶玻璃制品的方法，将熔融的玻璃成型为制品，制品的线膨胀系数不小于40X10-7/℃，将玻璃维持在形成结晶中心所需的温度，之后将制品加热至最高结晶温度，并维持在此温度，一直到在玻璃中形成结晶相的量达到理论60~80%，最后将制品冷却，冷却速度为85~250℃/分。

玻璃料用连续压延法成型，尺寸为350X350X15毫米，之后制品在结晶装置内进行处理，制品在700℃保温30分钟，再升温至920℃，升温速度250°C/小时，在此温度保温15分钟，在这一段时间内已足够使玻璃形成结晶相(达到理论数量的70% )，然后将制品由920℃冷却至70°C，冷却速度为250℃/分。得到的结晶玻璃制品的抗冲击强度比过去生产的同样的玻璃制品要高两倍多。

1.它比结晶陶瓷价便宜，因为没有贵重锂化物，锌的加入量大约为1~5%，而十分价廉的原料如高炉矿渣可作为其原料。

2.成型可按照玻璃工艺注模成型。

3.产品抗弯强度700~2800公斤/厘米²，比一般陶瓷高(700~1000)，而且选择适当的组成和热处理条件还可以更大。

4.和其它原料容易组合制造出各种类型的制品。

电磁炉的炉面是耐热陶瓷板，交变电流通过陶瓷板下方的线圈产生磁场，磁场内的磁力线穿过铁锅、不锈钢锅等底部时，产生涡流，令锅底迅速发热，达到加热食品的目的。灶台台面是一块高强度、耐冲击的陶瓷平板（结晶玻璃），台面下边装有高频感应加热线圈（即励磁线圈）、高频电力转换装置及相应的控制系统，台面的上面放有平底烹饪锅。其工作过程如下：电流电压经过整流器转换为直流电，又经高频电力转换装置使直流电变为超过音频的高频交流电，将高频交流电加在扁平空心螺旋状的感应加热线圈上，由此产生高频交变磁场，其磁力线穿透灶台的陶瓷台板而作用于金属锅。在烹饪锅体内因电磁感应就有强大的涡流产生，涡流克服锅体的内阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是烹调的热源。

锅的材质必须为铁质或合金钢，以其高磁导率来加强磁感，从而大大增强涡旋电场及涡流热功率。 其他材质的炊具由于材料电阻率过大或过小，会造成电磁炉负荷异常而启动自动保护，不能正常工作。同时由于铁对磁场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射，所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是人体长期需要摄取的必要元素，但人体只能吸收二价铁，铁锅炒菜中含的是三价铁，然而身体中的还原性维生素可将3价铁转换为2价铁以利吸收 。

特种陶瓷重要地位

特种陶瓷有热压铸、热压、静压及气相沉积等多种成型方法，这些陶瓷由于其化学组成、显微结构及性能不同于普通陶瓷，故称为特种陶瓷或高技术陶瓷，在日本称为精细陶瓷。

特种陶瓷技术新发展

（1）在粉末制备方面，最引人注目的是超高温技术。利用超高温技术不但可廉价地研制特种陶瓷，还可廉价地研制新型玻璃，如光纤维、磁性玻璃、混合集成电路板、零膨胀结晶玻璃、高强度玻璃、人造骨头和齿棍等。此外，利用超高温技术还可以研制出象钽、钼、钨、钒铁合金和钛等能够应用于太空飞行、海洋、核聚变等尖端领域的材料。例如日本在4000—15000℃和一个大气压以下制造金钢石，其效率比普遍采用的低温低压等离子体技术高一百二十倍。

超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质；能够获得纯度极高的物质：生产率会大幅度提高；可使作业程序简化、易行。在超高温技术方面居领先地位的是日本。据统计，2000年日本超高温技术的特种陶瓷市场规模也将会超过20万亿日元。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶K凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。在这几种方法中，绝大部分是开发研究出来的或是得以完善的。

（2）成型方面：特种陶瓷成型方法大体分为干法成型和湿法成型两大类，干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等；湿法成型大致可分为塑性成型和胶态浇注成型两大类。近些年来胶态成型和固体无模成型技术在特种陶瓷的成型研究中也取得了较为快速的发展。

陶瓷胶态成形是高分散陶瓷浆料的湿法成形，与干法成形相比，可以有效控制团聚，减少缺陷。无模成形实际上是快速原型制造技术（Rapid prototyping manufacturing technology,RP&M) 在制备陶瓷材料中的应用。特种陶瓷材料胶态无模成形过程是通过将含或不含粘结剂的陶瓷浆料在一定的条件下直接从液态转变为固态，然后按照RP&M的原理逐层制造得到陶瓷生坯的过程。成形后的生坯一般都具备良好的流变学特性，可以保证后处理过程中不变形。

特种陶瓷成型技术未来的发展将集中于以下几个发面：

a、进一步开发已经提出的各种无模成形技术在制备不同陶瓷材料中的应用；

b、性能更加复杂的结构层以及在层内的穿插、交织、连接结构和成分三维变化的设计；

c、大型异形件的结构设计与制造；

d、 陶瓷微结构的制造及实际应用；

e、进一步开发无污染和环境协调的新技术。

（3）烧结方面：特种陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于传统陶瓷制品的烧成工艺与烧结技术。随着特种陶瓷工业的发展，其烧成机理、烧结技术及特殊的窑炉设施的研究取得突破性的进展。特种陶瓷的主要烧结方法有：常压烧结法、热压烧结/热等静压烧结法、反应烧结法、液相烧结法、微波烧结法、电弧等离子烧结法、自蔓延烧结法、气相沉积法等。

（4）在特种陶瓷的精密加工方面：特种陶瓷属于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理机械性能（尤其是韧性和强度）与金属材料有较大差异，加工性能差，加工难度大。因此，研究特种陶瓷材料的磨削机理，选择最佳的磨削方法是当前要解决的主要问题 。

如今兴起的磨削加工方法主要有：

a、超声波振动磨削加工方法；

b、在线电解修整金刚石砂轮磨削加工方法；

c、电解、电火花复合磨削加工工艺；

d、电化学在线控制加工方法。

采用刀具加工陶瓷也引起了人们的极大兴趣。这方面的工作仅处于研究实验阶段，由于用超高精度的车床和金刚石单晶车刀进行加工，以微米数量级的微小吃刀深度和微小的走刀量，能获得0.1微米左右的加工精度，因而许多国家把这种加工技术作为超精密加工的一个方面而加以开发研究，在中国，清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室在这方面的研究成果已位居世界前列。

特种陶瓷应用新发展

特种陶瓷由于拥有众多优异性能，因而用途广泛。现按材料的性能及种类简要说明。

（1）耐热性能优良的特种陶瓷可望作为超高温材料用于原子能有关的高温结构材料、高温电极材料等；

（2）隔热性优良的特种陶瓷可作为新的高温隔热材料，用于高温加热炉、热处理炉、高温反应容器、核反应堆等；

（3）导热性优良的特种陶瓷极有希望用作内部装有大规模集成电路和超大规模集成电路电子器件的散热片；

（4）耐磨性优良的硬质特种陶瓷用途广泛，如今的工作主要是集中在轴承、切削刀具方面；

（5）高强度的陶瓷可用于燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮、套管等；在加工机械上可用于机床身、轴承、燃烧喷嘴等。这方面的工作开展得较多，许多国家如美国、日本、德国等都投入了大量的人力和物力，试图取得领先地位。这类陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化铝、氧化锆等；

（6）具有润滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼极为引人注目，国外正在加紧研究；

（7）生物陶瓷方面正在进行将氧化铝、磷石炭等用作人工牙齿、人工骨、人工关节等研究，这方面的应用引起人们极大关注；

（8）一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷（如远红外陶瓷等）也已开始在工业及民用领域发挥其独到的作用。

特种陶瓷研究开发重点

（1）特种陶瓷基础技术的研究，例如烧结机理、检测技术和粉末制备技术等；

（2）超导陶瓷的研究；

（3）特种陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而许多国家都把它作为一项主要内容而加以研究；

（4）陶瓷的纤维化是研制隔热材料、复合增强材料等的重要基础，如今国外，尤其是日本对陶瓷纤维及晶须增强金属复合材料的研究极为重视，其研究主要集中于碳化硅及氮化硅；

（5）多孔陶瓷由于具有特殊结构，所以引起了各界的重视；

（6）陶瓷与陶瓷或陶瓷与其它材料复合（陶瓷纤维增强陶瓷，陶瓷纤维增强金属）问题也是现阶段的研究重点；

（7）在非氮化物陶瓷中，国外研究最多的是陶瓷发动机，高压热交挽器及陶瓷刀具等；

（8）随着生物化学，生物医学这些新兴学科的发展，生物陶瓷的开发研究也变得越来越重要。