微晶玻璃產品的一些理論知識和產品數據

【中玻網】一般微晶玻璃要比其母體玻璃的強度高，其原因在于析出的晶體硬度高且比同類組成的玻璃強度高，由此微晶玻璃要比玻璃難以破裂。玻璃中析出晶體后，玻璃其本身所受的應力傳遞不能走直線路徑，而必須繞過結晶顆粒迂回前進，從而使得裂紋的發展路徑變長，這一過程盈利往往會被吸收，而使得材料斷裂韌性提高
　　
　　一般提高材料的強度可以使得裂紋長度減少；使裂紋頭部的曲率半徑加大。這二者主要是在玻璃制造中防止或解決的問題，如通過拋光侵蝕、火拋光處理等解決。但對于材料的強度提升并未有作用。在玻璃表面制備出壓應力層。如通過風冷鋼化、離子交換或使用玻璃表面析出低膨脹的晶體而實現；提高斷裂韌性K1C（斷裂韌性值）；提高玻璃材料的彈性模量；使材料的斷裂性能提高。這可以通過在玻璃中析出高彈性模量的晶體、用氮替換玻璃中的氧。而控制析出結晶種類或者微細結構可以提高斷裂能。
　　
　　（1）在玻璃層形成殘余壓應力強化。采用使玻璃表面急冷或通過離子交換可以使玻璃強化。如對Na-Al2O3-SiO2系玻璃，先通過熱處理使其析出Na2O•Al2O3•SiO2霞石晶體，然后通過K+與Na+交換（KNO3熔融液），使表面的霞石結晶轉變為K2O•Al2O3•2SiO2六方鉀霞石，由于體積加大10%使表層產生很大壓應力，使這種微晶玻璃的機械強度提升到1500MPa。
　　
　　另一種思路是利用玻璃在晶化過程中表層微晶體生長的速度與塊狀內部微晶體生長速度的差異，并在內部析出與表面不同組成的晶體，從而被稱之為自強化型微晶玻璃，按機理在表面形成壓應力的晶體，應在玻璃表面形成低膨脹晶相的組成。如MgO-Al2O3-SiO2系統玻璃在900℃晶化，玻璃內部形成莫來石（3Al2O3•2SiO2）。這之后在1100℃下熱處理，使玻璃表面形成堇青石（2MgO•2Al2O3•5SiO2）晶體，冷卻后表面形成壓應力層。
　　
　　（2）利用玻璃中微細結構的控制而強化。玻璃中形成的微細結構可以有三種形式：即均勻分散的晶體、針狀纖維晶體無序排列及有序的單一方向排列三種類型。但是應力遇到這些晶體時均會出現分叉或被吸收，從而使玻璃的斷裂性能得到提高。
　　
　　玻璃中析出晶體而且均勻分散在玻璃中，由于成核速度、晶體生長速度不同其晶體離子大小一般在10nm到數毫米范圍內。某玻璃生成的纖維狀無序排列的氟堿鈣硅石（Ca5Na4K2Si12O30F4）、鉀鎂閃石（K2CaMg5Si8O22F2）、二硅酸鋰（Li2Si2O5）結晶在玻璃中交錯層疊，其晶體直徑約0.5um，長度約10um。這類微晶玻璃的斷裂韌性在3~5MPa•m1/2、強度約200~400MPa。

　　（3）通過復合形式，實現微晶玻璃的強化。使用陶瓷微粒或者陶瓷纖維形成復合玻璃材料的形式，使得微晶玻璃的強度提升。如使用SiC纖維增強派萊克斯玻璃，使用的纖維體積分數為35~50%，可使的復合微晶玻璃的抗彎強度達到500~800MPa。

　　以上是微晶玻璃行業的一些理論和具體產品的數據。以供陶瓷行業的朋友參考使用。下次農業生產體系會，看能收集些微晶玻璃的具體體系或配方供大家在實驗室一樂呵。