微晶陶瓷制備技術(shù)

1熔融法 最早的微晶陶瓷是用熔融法制備的，至今熔融法仍然是制備微晶陶瓷的主要方法。其工藝流程為：在原料中加入一定量的晶核劑(如ZrO2，CuO，Cr2O3 等)并混合均勻，于1300～1500℃高溫下熔制，均化后將玻璃熔體成型，經(jīng)退火后在一定溫度下進(jìn)行核化和晶化，以獲得晶粒細(xì)小且結(jié)構(gòu)均勻的微晶陶瓷制品。熔融法的最大特點(diǎn)是可沿用任何一種玻璃的成型方法，如壓延、壓制、吹制拉制、澆注等;與通常的陶瓷成型工藝相比，適合自動化操作和制備形狀復(fù)雜、尺寸精確的制品。

2燒結(jié)法 燒結(jié)法制備微晶陶瓷的工藝流程如下為：配料→熔制→水淬→粉碎→過篩→成型→燒結(jié)→加工。 燒結(jié)法制備微晶陶瓷不需要通過玻璃形成階段，因此適于高溫熔制的玻璃以及難以形成玻璃的微晶陶瓷的制備，如高溫微晶陶瓷材料等。用該法制備的微晶陶瓷中可存在含量較高的氧化鋯、莫來石、尖晶石等耐高溫晶相。如將MgO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)玻璃粉碎后與方鎂石混合燒結(jié)，形成莫來石質(zhì)微晶陶瓷，耐溫高達(dá) 1250℃。此外，燒結(jié)法還有一個顯著的特點(diǎn)，即玻璃經(jīng)過水淬后，顆粒細(xì)小，比表面積增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶化，因而有時可以不使用晶核劑，也可以制備出性能良好的微晶陶瓷材料。燒結(jié)法制備的微晶陶瓷主要集中在CaO-Al2O3-SiO2，Li2O-Al2O3-SiO2，MgO- Al2O3-SiO2，等系統(tǒng)。

3溶膠-凝膠法 最早是用來制備玻璃的，但近十多年來，一直是玻璃與陶瓷等先進(jìn)材料制備技術(shù)的研究熱點(diǎn)。溶膠-凝膠法的主要優(yōu)點(diǎn)是：(1)可以得到均質(zhì)高純材料;(2)可防止某些組分揮發(fā)并減少污染;(3)其制備溫度比傳統(tǒng)方法低得多，(4)可擴(kuò)展組成范圍，制備傳統(tǒng)方法無法制備的材料，如不能形成玻璃的系統(tǒng)和具有高液相組成的微晶陶瓷。用溶膠-凝膠法制備的微晶陶瓷主要為具有高溫、高強(qiáng)、高韌性以及其它特殊性能的高新技術(shù)材料。

4強(qiáng)韌化技術(shù) 為了獲得力學(xué)性能優(yōu)良的材料，可在微晶陶瓷制備過程中采用一些特珠工藝，如表面涂層和離子交換法等工藝方法。其中表面涂層適用于高膨脹系數(shù)的微晶陶瓷，強(qiáng)化后的材料強(qiáng)度可提高3～5倍，對于低膨脹的微晶陶瓷，一般采用離子交換法。微晶陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)對材料的力學(xué)性能有很大影響，采用熱擠壓、溫度梯度等方法使晶體定向生長，可大幅度提高力學(xué)性能。此外，還可以在微晶陶瓷中加入高強(qiáng)度的纖維或晶須制成高強(qiáng)度的復(fù)合材料。

微晶陶瓷的種類繁多，如按照功能相不同進(jìn)行分類，主要有以下七類。

1金屬單質(zhì)微晶陶瓷 傳統(tǒng)的該類微晶陶瓷的典型是光敏微晶陶瓷，如用溶膠-凝膠法將金屬單質(zhì)Au、Ag等在SiO2玻璃中均勻析出形成的具有復(fù)相結(jié)構(gòu)的材料，卻具有獨(dú)特的光學(xué)性能和半導(dǎo)體特性，其在壓敏、氣敏、濕敏等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用。

2氧化物半導(dǎo)體微晶陶瓷 以氧化物半導(dǎo)體如FeO、CdO、ZnO等過渡金屬氧化物與玻璃形成的復(fù)相結(jié)構(gòu)，通常具有良好的電性能，這類材料在電壓敏等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

3 化合物半導(dǎo)體微晶陶瓷 以PbS，CdS，CdTe，Zn1-xCdxS等II-IV族化合物，以及AlP等III-V族化合物半導(dǎo)體與玻璃復(fù)合形成的一類新型精細(xì)復(fù)合功能材料，在非線性光學(xué)、光致發(fā)光等領(lǐng)域具有優(yōu)良的性能和良好的應(yīng)用前景。

4鐵電微晶陶瓷 早在上世紀(jì)六十年代，人們就采用熔融工藝研究鐵電微晶陶瓷，主要包括PbTiO3、BaTiO3、NaNbO3等體系。這些 材料具有良好的介電頻率和介電溫度特性，它對研究鐵電體尺寸效應(yīng)，對制備高性能電介質(zhì)材料和微電子厚膜漿料等方面具有重要的理論和實(shí)用價(jià)值。

5 鐵磁微晶陶瓷 該類由BiFeO3、MnFe2O4、ZnFe2O4等鐵磁相和玻璃相復(fù)合制備而成。對鐵磁性微晶陶瓷傳統(tǒng)工藝已有廣泛的研究，鐵磁微晶陶瓷材料在磁光控制、吸波材料、微波器件等具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

6生物微晶陶瓷 將有生物活性的功能晶相(如羥基磷灰石等)與玻璃相復(fù)合;或?qū)⑸锩概c玻璃相復(fù)合形成生物復(fù)相微晶陶瓷，使無機(jī)界與生物界聯(lián)系起來，開辟了一個全新的新材料領(lǐng)域。

7光學(xué)微晶陶瓷 將光變色晶相與玻璃復(fù)合形成的光致變色微晶陶瓷，甚至將光變色染料、激光染料等有機(jī)功能相與玻璃相復(fù)合，形成性能優(yōu)良的非線性光學(xué)材料。

微晶陶瓷集中了多種優(yōu)良性能，如機(jī)械強(qiáng)度高、耐磨耐腐蝕、抗氧化性好、電學(xué)性質(zhì)優(yōu)良、膨脹系數(shù)可調(diào)、熱穩(wěn)定性好等，不僅適于代替?zhèn)鹘y(tǒng)材料以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益和改善工作條件，而且開辟了一個沒有替代材料可以滿足其技術(shù)要求的全新領(lǐng)域，從而在許多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。

1航天工業(yè) 利用其強(qiáng)度高，質(zhì)輕及優(yōu)良的熱學(xué)性能，可用作飛機(jī)、人造地球衛(wèi)星等的結(jié)構(gòu)材料，如高速飛機(jī)的機(jī)翼前緣、噴氣式發(fā)動機(jī)噴嘴、主晶相為堇青石，通過澆注法制造的雷達(dá)天線罩已被廣泛應(yīng)用。

2建筑裝飾 微晶陶瓷強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好，已經(jīng)廣泛用于建筑物的裝飾領(lǐng)域。如微晶陶瓷?；u是在?；傻谋砻鎻?fù)合一層微晶陶瓷的新型復(fù)合建筑材料，在機(jī)械強(qiáng)度、不吸污(吸水率為零，不會被茶、顏料和油污所污染)、白度、光澤度、耐化學(xué)試劑侵蝕、耐磨、耐腐蝕、放射性、熱膨脹系數(shù)和熱穩(wěn)定性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通陶瓷?；u，從而得到廣泛的應(yīng)用。

3機(jī)械工業(yè) 微晶陶瓷具有良好的機(jī)械性能且能獲得極光滑的表面，適用于作軸承;利用其強(qiáng)度高、耐磨性好的特點(diǎn)，可取代鋼材制造斜槽、球磨機(jī)內(nèi)襯以及研磨體;另外，還可制造特種切削工具、離合器、旋轉(zhuǎn)葉片、活塞頭等。

4電力電子工業(yè) 微晶陶瓷的膨脹系數(shù)可在很大范圍內(nèi)變化，能與金屬很好地焊接在一起;它的電性能優(yōu)良以及在高溫下尺寸穩(wěn)定，能用于制造各種類型的絕緣體、電路板、整流罩、電容器、濾波器和混頻器等。

5化工領(lǐng)域 微晶陶瓷的化學(xué)穩(wěn)定性好，耐磨，被用于制造輸送腐蝕性液體的管道、閥門、泵等，還可用作反應(yīng)器、電解池及攪拌器的內(nèi)襯。另外，在核工業(yè)中，微晶陶瓷可用于制造反應(yīng)控制棒、反應(yīng)堆用密封劑、核廢料儲存材料，多孔復(fù)相微晶陶瓷可應(yīng)用于過濾器、催化載體和氣體傳感器等;復(fù)相微晶陶瓷可應(yīng)用于制備熱交換器等。

6 生物醫(yī)學(xué) 具有梯度構(gòu)造的CaO-P2O5-Al2O3-B2O3系生物微晶陶瓷與天然牙齒有相近的外觀，可用于人工齒冠修復(fù);鐵鈣硅鐵磁體微晶陶瓷可將磁帶生熱所需的強(qiáng)磁性與良好的生物相容性結(jié)合，能滿足溫?zé)嶂伟┑囊?此外，微晶陶瓷在骨骼移植等方面已得到了應(yīng)用。

對提升傳統(tǒng)耐磨結(jié)構(gòu)材料的可靠性和技術(shù)含量，推動機(jī)械制造、化工、國紡等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步有積極意義。

此外，納米陶瓷纖維的高強(qiáng)度、高彈性模量特性正是制造航空航天器、先進(jìn)軍用裝備所期望的，對于加強(qiáng)我國的國防力量，提高對外軍事防御能力和軍事打擊能力意義重大。同時，納米陶瓷纖維增強(qiáng)的高性能復(fù)合材料也是交通運(yùn)輸工具、壓力容器、體育健身器械等先進(jìn)制造業(yè)所急需的，具有廣闊的應(yīng)用市場。