低膨胀陶瓷——微晶陶瓷介绍与应用

1.微晶陶瓷概述

将加有特定成核剂组成的基础玻璃,在一定温度下热处理后,就变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料,称之为微晶陶瓷或微晶玻璃。

低膨胀微晶陶瓷主要有Li2O-Al2O3-SiO2系统和MgO-Al2O3-SiO2系统。它们能够在基础玻璃中分别析出β-锂辉石或锂霞石和堇青石晶体,从而具有低膨胀特性。

2. 微晶陶瓷的制造工艺

(1) 微晶陶瓷的制备

由于微晶陶瓷是由玻璃通过一定热处理后得到的,微晶玻璃的性能与玻璃的组成有很大关系,为了保证其晶体的析出,常引入一定晶核剂。

(2) 玻璃熔制及成型

低膨胀微晶陶瓷一般熔点均较高,因此熔制温度也较高,达1500~1600℃以上。一般的Li2O-Al2O3-SiO2MgO-Al2O3-SiO2可采用中性或氧化气氛,而Cu2O-Al2O3-SiO2必须采用还原气氛,否则Cu2O会氧化为CuO而失去低膨胀性。

微晶陶瓷的成型方法可采用普通玻璃的成型方法,如吹制、压制、拉制、压延、离心浇注等。

(3) 结晶化前的加工

对微晶陶瓷的热加工、冷加工尽可能都在结晶化之前完成。因为这时的玻璃硬度小,软化温度低,加工容易。

(4) 结晶化热处理

热处理是微晶陶瓷产生预定晶相和玻璃相的关键工序,微晶陶瓷的结构取决于热处理的温度制度。热处理时,玻璃中先后发生分相、晶核形成、晶体长大、二次结晶生长等过程。低膨胀微晶陶瓷的热处理制度一般是分两个阶段进行。即在一定温度下保温,使玻璃中产生尽可能多的晶核,然后在较高的温度下使晶体生长,最后使基础玻璃转化为微晶陶瓷。

3 .微晶陶瓷的性能与用途

低膨胀微晶陶瓷其最优秀的性能是低的热膨胀系数,而且抗弯强度大。一般的 Li2O-Al2O3-SiO2 系统微晶陶瓷,通过采用不同的组成和热处理制度,就可以制得各种膨胀系数的微晶陶瓷。

MgO-Al2O3-SiO2系统无碱微晶陶瓷,其晶相为堇青石,有良好的电绝缘性能,电阻率108. 65Ω·cm, 因而可用于雷达罩、集成电路的基板、丝网印刷介电体。

低膨胀微晶陶瓷主要应用于天文反射镜、气体激光谐振器的支持棒、炊餐具、高温光源用玻璃,实验室用加热器具、高温热交换器代替石英玻璃等。

微晶陶瓷制品

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