將加有特定成核劑組成的基礎(chǔ)玻璃,在一定溫度下熱處理后,就變成具有微晶體和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料,稱之為微晶陶瓷或微晶玻璃。
低膨脹微晶陶瓷主要有Li2O-Al2O3-SiO2系統(tǒng)和MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)。它們能夠在基礎(chǔ)玻璃中分別析出β-鋰輝石或鋰霞石和堇青石晶體,從而具有低膨脹特性。
(1) 微晶陶瓷的制備
由于微晶陶瓷是由玻璃通過一定熱處理后得到的,微晶玻璃的性能與玻璃的組成有很大關(guān)系,為了保證其晶體的析出,常引入一定晶核劑。
(2) 玻璃熔制及成型
低膨脹微晶陶瓷一般熔點均較高,因此熔制溫度也較高,達1500~1600℃以上。一般的Li2O-Al2O3-SiO2、MgO-Al2O3-SiO2可采用中性或氧化氣氛,而Cu2O-Al2O3-SiO2必須采用還原氣氛,否則Cu2O會氧化為CuO而失去低膨脹性。
微晶陶瓷的成型方法可采用普通玻璃的成型方法,如吹制、壓制、拉制、壓延、離心澆注等。
(3) 結(jié)晶化前的加工
對微晶陶瓷的熱加工、冷加工盡可能都在結(jié)晶化之前完成。因為這時的玻璃硬度小,軟化溫度低,加工容易。
(4) 結(jié)晶化熱處理
熱處理是微晶陶瓷產(chǎn)生預(yù)定晶相和玻璃相的關(guān)鍵工序,微晶陶瓷的結(jié)構(gòu)取決于熱處理的溫度制度。熱處理時,玻璃中先后發(fā)生分相、晶核形成、晶體長大、二次結(jié)晶生長等過程。低膨脹微晶陶瓷的熱處理制度一般是分兩個階段進行。即在一定溫度下保溫,使玻璃中產(chǎn)生盡可能多的晶核,然后在較高的溫度下使晶體生長,最后使基礎(chǔ)玻璃轉(zhuǎn)化為微晶陶瓷。
低膨脹微晶陶瓷其最優(yōu)秀的性能是低的熱膨脹系數(shù),而且抗彎強度大。一般的 Li2O-Al2O3-SiO2 系統(tǒng)微晶陶瓷,通過采用不同的組成和熱處理制度,就可以制得各種膨脹系數(shù)的微晶陶瓷。
MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)無堿微晶陶瓷,其晶相為堇青石,有良好的電絕緣性能,電阻率108. 65Ω·cm, 因而可用于雷達罩、集成電路的基板、絲網(wǎng)印刷介電體。
低膨脹微晶陶瓷主要應(yīng)用于天文反射鏡、氣體激光諧振器的支持棒、炊餐具、高溫光源用玻璃,實驗室用加熱器具、高溫?zé)峤粨Q器代替石英玻璃等。