玻璃、陶瓷、玻璃陶瓷的区别

分类: mobile365体育投注下载 时间: 2025-08-23 15:00:03 作者: admin

三者都是无机非金属材料,但并非都是硅酸盐材料。因为现在功能玻璃材料,有很多已经摒弃了传统的硅酸盐或者石英,而是转向氟化物、磷酸盐、硫族化合物、重氧化物等方面;功能陶瓷材料则更是如此,很多与硅酸盐不沾边。下面具体来谈谈他们的不同。

1、陶瓷

相组成包括晶相、玻璃相和气孔相;烧成温度一般较玻璃材料低;绝大多数呈各向异性;机械性能好(耐磨、抗折强度高、但一般陶瓷弹性系数低)、介电性能好、耐化学腐蚀;如传统陶瓷,配方则有石英、长石、粘土构成。

2、玻璃

单一玻璃相构成,但有个别特殊玻璃,为追求特殊装饰效果,会有气孔或乳浊;烧成温度一般较陶瓷高,烧成后一般需要热处理;抗压(应力)不抗张(应力)、脆性大、耐化学腐蚀;各向同性;如一般玻璃,配方则有石英、长石(氧化物)、澄清剂构成。

3、玻璃陶瓷

晶相和玻璃相复合的材料,也叫微晶玻璃。一般都是由玻璃再加工制成。也就是说,通过特殊热处理或者特殊烧结(比如CO₂激光熔融)、制造工艺(比如SOL-GEL),在玻璃基质中生长出晶体。玻陶的特点是玻璃和陶瓷性能的兼容,所以应用空间很大。

4、磷酸锆陶瓷

磷酸锆陶瓷的制作有两大难点需解决,一是不易烧结,需添加高温烧结促进剂;二是磷酸锆在高温区间晶粒异常长大,由于各向异性的热膨胀而导致产生微裂纹,使强度大幅度下降,如采用MgO或Nb₂O₅作烧结促进剂的磷酸锆,则各自在 1300°C、1400°C停留20~30 分钟就产生裂纹,强度下降。对此需加入晶粒生长抑制剂。采用MgO、Nb₂O₅ 作磷酸锆的烧结促进剂,同时复合添加了SiO₂作为晶粒抑制剂,对磷酸锆陶瓷的强度、晶粒生长进行了测试、观察。得到的结果是以MgO、SiO₂作为复合添加剂时,MgO 为1wt%,SiO₂为 0.1~0.2wt% 的添加量时,即使在高温期(1300°C~1500°C)进行 4 小时的烧成,强度也不降低,反而大幅度上升,强度可达200Mpa,同时其热膨胀系数为1.7×10⁻⁶/°C。以₂O₅、SiO₂为复合添加剂时,Nb₂O₅为 2wt%,SiO₂ 为 1~2wt%的添加量时,同样在高温期(1300°C~1500°C)进行 4小时的烧成,其晶粒细小均匀,未发现异常长大状况,强度大幅度提高,可达 200Mpa,同时其热膨胀系数为1.7×10⁻⁶/°C。得到了性能优良的高强度、低膨胀磷酸锆陶瓷。

5、磷酸锆的低膨胀性

磷酸锆从室温至 1100℃表现为正膨胀,其膨胀系数为1.7×10⁻⁶/℃。但磷酸锆烧结材料,随着烧结温度的升高、高温烧成时间的延长,其热膨胀系数下降,特别是在 1400℃以后,负膨胀百分率增大。等针对烧结温度、烧结时间对磷酸锆陶瓷的热膨胀系数的影响,作了对比实验如图 1 、图 2 。

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图 1 为磷酸锆粉体中添加 2wt%Ni₂O₃为烧结促进剂,在不同温度下烧结 2 小时陶瓷的热膨胀曲线。由图可以看出,随着烧结温度的升高,陶瓷的热膨胀系数就下降,负膨胀百分率越来越大。图 2 为磷酸锆粉体中添加2wt%MgO作烧结促进剂,在1300°C温度下烧结不同时间所获得的热膨胀曲线。由图可以看出,随着烧结时间的延长,陶瓷的热膨胀系数下降,负膨胀率越来越大;1300°C下烧结 8 小时的磷酸锆陶瓷的负膨胀最大,正膨胀系数最低;而在1300°C下烧结1个小时的陶瓷之正膨胀系数表现为最大值。

造成如图1、图 2 结果的原因主要是磷酸锆材料随着烧成温度的升高,逐步向致密化深入之后,进一步提高烧成温度或延长烧结时间,将使晶粒异常长大,当达到临界尺寸后,由于热膨胀系数的各向异性,而产生微裂纹,温度越高,时间越长,晶粒长得越大,产生的微裂纹也越大。这些微裂纹为各晶粒的膨胀提供了场地,晶粒膨胀被裂纹所消化吸收,因此表现出热膨胀系数下降,负膨胀百分率增大现象。故通过控制磷酸锆材料的烧结温度与时间,可以调节磷酸锆材料的热膨胀系数。

6、磷酸锆的烧结性

纯磷酸锆在1600°C也不易烧结,但结构稳定。1600°C以上磷酸锆发生缓慢的分解,致密度下降。故磷酸锆的烧结温度控制在 1600°C以下。降低磷酸锆的烧结温度主要是添加能形成磷酸盐液相的金属氧化物。有 ZnO、MgO、Nb₂P₅、Ta₂O₅、TiO₂ 等。若需提高材料的使用温度,应选择能形成高熔点液相的金属氧化物作烧结促进剂,如Ta₂O₅、TiO₂。

磷酸锆材料在 1400°C以后,随着温度的升高,其晶粒也加速长大,特别是在高温期长时间加热,晶粒长得更大,产生的微裂纹也越多,虽然其热膨胀系数下降,但也带来负面效果,导致强度下降。如添加TiO₂ 5wt% 的磷酸锆材料在 1600°C烧结 30 分钟,其抗折强度只有 50Mpa。返回搜狐,查看更多