結晶玻璃結晶和玻璃化轉變

各類聚合物呈現(xiàn)不同的結晶傾向，這與它們的成分和分子結構有關，網(wǎng)絡聚合物和彈性體是非晶態(tài)，因為基本上無規(guī)的三維共價鍵合阻止了遠程有序所需要的分子重排。一種長鏈聚合物是否結晶，與側基的特點以及鏈的支化程度有關，在較小程度上，還與鏈長有關，由整齊的、同樣的重復單元構成的聚合物有時能納入有規(guī)律的結晶排列，具有大側基或支化嚴重的聚合物比具有較小側基或非支化的聚合物更傾向于非晶態(tài)，側基的幾何安排也影響結晶傾向，如果側基沿分子鏈無規(guī)地放置，這種構型稱為無規(guī)立構。這樣的聚合物難以結晶，另外，如果側基的構型是全排在鏈的一側或者是有規(guī)律地交替排列，這種聚合物的側基即使很大，也比較容易結晶，實際的聚 合物并不是純無規(guī)立構的，也不是純?nèi)嫷?，或純間同立構的，而有不同的立構規(guī)整度。

有多種重復單元的共聚物比只有一種重復單元的均聚物難以結晶，同樣，結晶的傾向與構成共聚物鏈的各種重復單元的配置是有規(guī)或是無規(guī)有關，缺乏規(guī)律性有利于非晶態(tài)。由三種或更多種不同單體構成的共聚物，一般完全是非晶態(tài)。

玻璃和材料的顏色一般為淺色，如：白色，淺灰色，淺藍色或淺黃色等玻璃結晶材料。這些材料除具有最佳的物理力學性能以外，外觀亦很精美，因而用途甚廣。制備玻璃主要是用高爐礦渣，用多相結晶制得淺色結晶玻璃材料。玻璃中硫、氟、鋅、錳和鐵的總含最及其化合物的數(shù)量和性質以及硫化物和氧化物之間的相互關系，都對淺色玻璃及結晶玻璃材料是否能夠成型起著決定性的作用。作為白色物料的硫化物-硫化鋅及作為深色物料的硫化錳和硫化鐵皆有助于玻璃中晶核的形成，若改變硫化鋅、硫化錳和硫化鐵的相對含量，則生產(chǎn)的結晶玻璃材料的顏色就有可能改變。

當玻璃中含有的硫化物的硫，其量足以能與所存在的鋅陽離子完全化合的時候，即能獲得一種白色的結晶玻璃材料。但是，如果玻璃里硫化物的硫的含量比與所有氧化鋅相化合所要求的量要多的時候，則剩余的硫將與錳和鐵起反應，并將使結晶玻璃材料具有一種特殊的顏色。如果硫的化合物作為制備結晶玻璃材料的促進劑的話，就應該在最初的玻璃中加入一定數(shù)量的硫，反過來， 這又需要摻人相應數(shù)量的氧化鋅，其量一般不大于1.5%。氧化鋅用在玻璃生產(chǎn)上是一種比較貴重的材料，此外，氧化鋅還會降低玻璃在結晶溫度范圍內(nèi)的粘度，因此，所生產(chǎn)的制品一經(jīng)熔化便會變形。

結晶玻璃制品生產(chǎn)的改進。尤其是關于生產(chǎn)抗沖擊強度高的結晶玻璃制品，此種制品可做工廠的樓面板和研磨的襯里。過去生產(chǎn)的結晶玻璃制品的抗沖擊強度不超過5公斤厘米/厘米²，不能滿足工程的要求，因此在使用上受到限制。這里生產(chǎn)結晶玻璃制品的方法，將熔融的玻璃成型為制品，制品的線膨脹系數(shù)不小于40X10-7/℃，將玻璃維持在形成結晶中心所需的溫度，之后將制品加熱至最高結晶溫度，并維持在此溫度，一直到在玻璃中形成結晶相的量達到理論60~80%，最后將制品冷卻，冷卻速度為85~250℃/分。

玻璃料用連續(xù)壓延法成型，尺寸為350X350X15毫米，之后制品在結晶裝置內(nèi)進行處理，制品在700℃保溫30分鐘，再升溫至920℃，升溫速度250°C/小時，在此溫度保溫15分鐘，在這一段時間內(nèi)已足夠使玻璃形成結晶相(達到理論數(shù)量的70% )，然后將制品由920℃冷卻至70°C，冷卻速度為250℃/分。得到的結晶玻璃制品的抗沖擊強度比過去生產(chǎn)的同樣的玻璃制品要高兩倍多。

1.它比結晶陶瓷價便宜，因為沒有貴重鋰化物，鋅的加入量大約為1~5%，而十分價廉的原料如高爐礦渣可作為其原料。

2.成型可按照玻璃工藝注模成型。

3.產(chǎn)品抗彎強度700~2800公斤/厘米²，比一般陶瓷高(700~1000)，而且選擇適當?shù)慕M成和熱處理條件還可以更大。

4.和其它原料容易組合制造出各種類型的制品。

電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產(chǎn)生磁場，磁場內(nèi)的磁力線穿過鐵鍋、不銹鋼鍋等底部時，產(chǎn)生渦流，令鍋底迅速發(fā)熱，達到加熱食品的目的。灶臺臺面是一塊高強度、耐沖擊的陶瓷平板（結晶玻璃），臺面下邊裝有高頻感應加熱線圈（即勵磁線圈）、高頻電力轉換裝置及相應的控制系統(tǒng)，臺面的上面放有平底烹飪鍋。其工作過程如下：電流電壓經(jīng)過整流器轉換為直流電，又經(jīng)高頻電力轉換裝置使直流電變?yōu)槌^音頻的高頻交流電，將高頻交流電加在扁平空心螺旋狀的感應加熱線圈上，由此產(chǎn)生高頻交變磁場，其磁力線穿透灶臺的陶瓷臺板而作用于金屬鍋。在烹飪鍋體內(nèi)因電磁感應就有強大的渦流產(chǎn)生，渦流克服鍋體的內(nèi)阻流動時完成電能向熱能的轉換，所產(chǎn)生的焦耳熱就是烹調(diào)的熱源。

鍋的材質必須為鐵質或合金鋼，以其高磁導率來加強磁感，從而大大增強渦旋電場及渦流熱功率。 其他材質的炊具由于材料電阻率過大或過小，會造成電磁爐負荷異常而啟動自動保護，不能正常工作。同時由于鐵對磁場的吸收充分、屏蔽效果也非常好，這樣減少了很多的磁輻射，所以鐵鍋比其他任何材質的炊具也都更加安全。此外，鐵是人體長期需要攝取的必要元素，但人體只能吸收二價鐵，鐵鍋炒菜中含的是三價鐵，然而身體中的還原性維生素可將3價鐵轉換為2價鐵以利吸收 。

特種陶瓷重要地位

特種陶瓷有熱壓鑄、熱壓、靜壓及氣相沉積等多種成型方法，這些陶瓷由于其化學組成、顯微結構及性能不同于普通陶瓷，故稱為特種陶瓷或高技術陶瓷，在日本稱為精細陶瓷。

特種陶瓷技術新發(fā)展

（1）在粉末制備方面，最引人注目的是超高溫技術。利用超高溫技術不但可廉價地研制特種陶瓷，還可廉價地研制新型玻璃，如光纖維、磁性玻璃、混合集成電路板、零膨脹結晶玻璃、高強度玻璃、人造骨頭和齒棍等。此外，利用超高溫技術還可以研制出象鉭、鉬、鎢、釩鐵合金和鈦等能夠應用于太空飛行、海洋、核聚變等尖端領域的材料。例如日本在4000—15000℃和一個大氣壓以下制造金鋼石，其效率比普遍采用的低溫低壓等離子體技術高一百二十倍。

超高溫技術具有如下優(yōu)點：能生產(chǎn)出用以往方法所不能生產(chǎn)的物質；能夠獲得純度極高的物質：生產(chǎn)率會大幅度提高；可使作業(yè)程序簡化、易行。在超高溫技術方面居領先地位的是日本。據(jù)統(tǒng)計，2000年日本超高溫技術的特種陶瓷市場規(guī)模也將會超過20萬億日元。此外，溶解法制備粉末、化學氣相沉積法制備陶瓷粉末、溶膠K凝膠法生產(chǎn)莫來石超細粉末以及等離子體氣相反應法等也引起了人們的關注。在這幾種方法中，絕大部分是開發(fā)研究出來的或是得以完善的。

（2）成型方面：特種陶瓷成型方法大體分為干法成型和濕法成型兩大類，干法成型包括鋼模壓制成型、等靜壓成型、超高壓成型、粉末電磁成型等；濕法成型大致可分為塑性成型和膠態(tài)澆注成型兩大類。近些年來膠態(tài)成型和固體無模成型技術在特種陶瓷的成型研究中也取得了較為快速的發(fā)展。

陶瓷膠態(tài)成形是高分散陶瓷漿料的濕法成形，與干法成形相比，可以有效控制團聚，減少缺陷。無模成形實際上是快速原型制造技術（Rapid prototyping manufacturing technology,RP&M) 在制備陶瓷材料中的應用。特種陶瓷材料膠態(tài)無模成形過程是通過將含或不含粘結劑的陶瓷漿料在一定的條件下直接從液態(tài)轉變?yōu)楣虘B(tài)，然后按照RP&M的原理逐層制造得到陶瓷生坯的過程。成形后的生坯一般都具備良好的流變學特性，可以保證后處理過程中不變形。

特種陶瓷成型技術未來的發(fā)展將集中于以下幾個發(fā)面：

a、進一步開發(fā)已經(jīng)提出的各種無模成形技術在制備不同陶瓷材料中的應用；

b、性能更加復雜的結構層以及在層內(nèi)的穿插、交織、連接結構和成分三維變化的設計；

c、大型異形件的結構設計與制造；

d、 陶瓷微結構的制造及實際應用；

e、進一步開發(fā)無污染和環(huán)境協(xié)調(diào)的新技術。

（3）燒結方面：特種陶瓷制品因其特殊的性能要求，需要用不同于傳統(tǒng)陶瓷制品的燒成工藝與燒結技術。隨著特種陶瓷工業(yè)的發(fā)展，其燒成機理、燒結技術及特殊的窯爐設施的研究取得突破性的進展。特種陶瓷的主要燒結方法有：常壓燒結法、熱壓燒結/熱等靜壓燒結法、反應燒結法、液相燒結法、微波燒結法、電弧等離子燒結法、自蔓延燒結法、氣相沉積法等。

（4）在特種陶瓷的精密加工方面：特種陶瓷屬于脆性材料，硬度高、脆性大，其物理機械性能（尤其是韌性和強度）與金屬材料有較大差異，加工性能差，加工難度大。因此，研究特種陶瓷材料的磨削機理，選擇最佳的磨削方法是當前要解決的主要問題 。

如今興起的磨削加工方法主要有：

a、超聲波振動磨削加工方法；

b、在線電解修整金剛石砂輪磨削加工方法；

c、電解、電火花復合磨削加工工藝；

d、電化學在線控制加工方法。

采用刀具加工陶瓷也引起了人們的極大興趣。這方面的工作僅處于研究實驗階段，由于用超高精度的車床和金剛石單晶車刀進行加工，以微米數(shù)量級的微小吃刀深度和微小的走刀量，能獲得0.1微米左右的加工精度，因而許多國家把這種加工技術作為超精密加工的一個方面而加以開發(fā)研究，在中國，清華大學新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室在這方面的研究成果已位居世界前列。

特種陶瓷應用新發(fā)展

特種陶瓷由于擁有眾多優(yōu)異性能，因而用途廣泛。現(xiàn)按材料的性能及種類簡要說明。

（1）耐熱性能優(yōu)良的特種陶瓷可望作為超高溫材料用于原子能有關的高溫結構材料、高溫電極材料等；

（2）隔熱性優(yōu)良的特種陶瓷可作為新的高溫隔熱材料，用于高溫加熱爐、熱處理爐、高溫反應容器、核反應堆等；

（3）導熱性優(yōu)良的特種陶瓷極有希望用作內(nèi)部裝有大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路電子器件的散熱片；

（4）耐磨性優(yōu)良的硬質特種陶瓷用途廣泛，如今的工作主要是集中在軸承、切削刀具方面；

（5）高強度的陶瓷可用于燃氣輪機的燃燒器、葉片、渦輪、套管等；在加工機械上可用于機床身、軸承、燃燒噴嘴等。這方面的工作開展得較多，許多國家如美國、日本、德國等都投入了大量的人力和物力，試圖取得領先地位。這類陶瓷有氮硅、碳化硅、塞隆、氮化鋁、氧化鋯等；

（6）具有潤滑性的陶瓷如六方晶型氮化硼極為引人注目，國外正在加緊研究；

（7）生物陶瓷方面正在進行將氧化鋁、磷石炭等用作人工牙齒、人工骨、人工關節(jié)等研究，這方面的應用引起人們極大關注；

（8）一些具有其他特殊用途的功能性新型陶瓷（如遠紅外陶瓷等）也已開始在工業(yè)及民用領域發(fā)揮其獨到的作用。

特種陶瓷研究開發(fā)重點

（1）特種陶瓷基礎技術的研究，例如燒結機理、檢測技術和粉末制備技術等；

（2）超導陶瓷的研究；

（3）特種陶瓷的薄膜化或非晶化是提高陶瓷功能的有效方法，因而許多國家都把它作為一項主要內(nèi)容而加以研究；

（4）陶瓷的纖維化是研制隔熱材料、復合增強材料等的重要基礎，如今國外，尤其是日本對陶瓷纖維及晶須增強金屬復合材料的研究極為重視，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結構，所以引起了各界的重視；

（6）陶瓷與陶瓷或陶瓷與其它材料復合（陶瓷纖維增強陶瓷，陶瓷纖維增強金屬）問題也是現(xiàn)階段的研究重點；

（7）在非氮化物陶瓷中，國外研究最多的是陶瓷發(fā)動機，高壓熱交挽器及陶瓷刀具等；

（8）隨著生物化學，生物醫(yī)學這些新興學科的發(fā)展，生物陶瓷的開發(fā)研究也變得越來越重要。