玻璃和陶瓷這兩種材料，大家肯定非常熟悉，但是玻璃陶瓷大家是否了解呢？玻璃陶瓷兼具玻璃和陶瓷兩者所具備的性能，不僅可用于替代傳統(tǒng)材料，還可用于其他的全新領(lǐng)域，有良好的的發(fā)展前景，據(jù)了解，目前有企業(yè)在手機(jī)后蓋中應(yīng)用玻璃陶瓷這種材料，抗摔與硬度效果不錯(cuò)。

一、玻璃陶瓷介紹

1

什么是玻璃陶瓷

玻璃陶瓷又稱為微晶玻璃，是一種由適當(dāng)組成的玻璃顆粒經(jīng)燒結(jié)與晶化，制成的由結(jié)晶相和玻璃相組成的質(zhì)地堅(jiān)硬、密實(shí)均勻的復(fù)相材料。

 

2

生產(chǎn)工藝

從它的生產(chǎn)工藝來看，應(yīng)該叫它玻璃，因?yàn)樗推胀úＡУ闹圃旆椒ㄏ嗤坏珡淖詈蟮玫降漠a(chǎn)品來看，它是一種多晶的不透明物質(zhì)，在大多數(shù)情況下又非常像陶瓷。實(shí)際上，它 是用玻璃工藝方法制得的陶瓷，所以叫做玻璃陶瓷。

圖 玻璃陶瓷工藝流程

3

特點(diǎn)

玻璃陶瓷具有玻璃和陶瓷的雙重特性，比陶瓷的亮度高，比玻璃韌性強(qiáng)。它不僅可以代替?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，而且開辟了許多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

 

玻璃陶瓷優(yōu)異的性能主要體現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

1）強(qiáng)度高，機(jī)械強(qiáng)度好；

2）具有優(yōu)良的電學(xué)性能，介電損耗率低，電絕緣性質(zhì)優(yōu)良；

3）具有良好的熱學(xué)性能，熱膨脹系數(shù)低，熱振穩(wěn)定性能好，變形溫度高；

4）具有更加穩(wěn)定的化學(xué)性能，抗水合，抗水化能力，抗陽(yáng)離子交換能力；

5）加工性能好，可與眾多材料匹配；

二、玻璃陶瓷的誕生

玻璃陶瓷的誕生是一場(chǎng)美麗的“意外”。

 

1952年，在聞名遐邇的美國(guó)玻璃制造公司——康寧玻璃廠實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，S.Donald Stookey博士在加熱一塊由Corning 1947年開發(fā)的感光玻璃時(shí)，由于電爐溫度過熱，擔(dān)心玻璃融漿會(huì)把電爐燒壞的燒壞的Stookey打開爐門是發(fā)現(xiàn)，原本以為會(huì)熔融的玻璃仍然保持著原本完美的形狀，變成了一塊奶白色的薄板，直挺挺的躺在爐內(nèi)。當(dāng)Stookey試圖把它從爐腔內(nèi)取出時(shí)，由于鉗子未能夾緊，玻璃薄板滑落在地。讓他再次驚奇的是，玻璃沒有摔碎，而是彈了起來。

 

這種由微小晶體組成的玻璃，重量比鋁輕，在高溫下又不會(huì)變形，且強(qiáng)度高于高碳鋼，與常規(guī)的鈉鈣玻璃相比則要高出許多倍，就是后來的一個(gè)新的材料系列 —— 玻璃陶瓷。

圖 S.Donald Stookey正在研究玻璃，圖片來自蝌蚪五線譜

三、微晶玻璃的分類

目前，問世的微晶玻璃種類繁多，分類方法也有所不同： 

1）按微晶化原理分為光敏微晶玻璃和熱敏微晶玻璃；

2）按基礎(chǔ)玻璃的組成分為硅酸鹽系統(tǒng)、鋁硅酸鹽系統(tǒng)、硼硅酸鹽系統(tǒng)、硼酸鹽和磷酸鹽系統(tǒng)；

3）按所用原料分為技術(shù)微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和礦渣微晶玻璃（用工礦業(yè)廢渣等為原料）；

4）按外觀分為透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；

5）按性能又可分為耐高溫、耐腐蝕、耐熱沖擊、高強(qiáng)度、低膨脹、零膨脹、低介電損耗、易機(jī)械加工以及易化學(xué)蝕刻等微晶玻璃以及壓電微晶玻璃、生物微晶玻璃等。

四、玻璃陶瓷的應(yīng)用現(xiàn)狀 

玻璃陶瓷集中了多種優(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，現(xiàn)已在許多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。 

1

機(jī)械工程領(lǐng)域

玻璃陶瓷因具有良好的機(jī)械性能而在機(jī)械工程領(lǐng)域獲得應(yīng)用。利用其強(qiáng)度高、耐磨性好等特性，可用作球磨機(jī)內(nèi)襯、研磨體等；利用其可切削性，可以使用普通刀具進(jìn)行精加工，極大地?cái)U(kuò)展了其使用范圍；玻璃陶瓷的熱膨脹系數(shù)也是作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)的重要參數(shù)，低的膨脹系數(shù)對(duì)于構(gòu)件的尺寸穩(wěn)定性及抗熱震性有利，而作為封接材料則要求具有較高的膨脹系數(shù)。

圖  玻璃陶瓷齒輪環(huán)，圖片來自澳中新材料

2

電磁應(yīng)用領(lǐng)域 

一些玻璃陶瓷具有優(yōu)良的介電和絕緣性能，可在微波、高壓等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

圖 玻璃陶瓷用于微波爐，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

3

生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 

生物微晶玻璃具有許多優(yōu)越、獨(dú)特的性能，如良好的化學(xué)穩(wěn)定性、生物兼容性或者生物活性等。目前，主要用作牙齒材料、人造骨骼、鐵磁性抗癌材料等。

圖 玻璃陶瓷全瓷牙產(chǎn)品，圖片來自名揚(yáng)牙科

4

航空航天及軍事領(lǐng)域

有些微晶玻璃陶瓷材料極為堅(jiān)固耐用，耐受極高的溫度，極強(qiáng)的耐腐蝕性和極低的熱底脹系數(shù)的特點(diǎn)，并且可被雷達(dá)波穿透，可用于制造對(duì)空導(dǎo)彈彈頭和雷達(dá)外罩。

圖 玻璃陶瓷用于導(dǎo)彈彈頭，圖片來自康寧生命科學(xué)

5

光學(xué)領(lǐng)域

微晶玻璃通常沒有氣孔,且含有一定的玻璃相,因此它可以具有良好的透明性,其中,以β·石英為主晶相的LOA2O3·SiO2系統(tǒng)微晶玻璃具有接近零膨脹的特性,其線膨脹系數(shù)為(0±002×10-6)℃C-1.這類微晶玻璃通常用作天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片。目前世界上最大的天文望遠(yuǎn)鏡用的微晶玻璃鏡片直徑為82m。

圖 微晶玻璃可以用作天文望遠(yuǎn)鏡的鏡片（網(wǎng)絡(luò)圖）

6

建筑領(lǐng)域

建筑微晶玻璃作為新型綠色裝飾材料，成為世界上最具有發(fā)展前的建筑裝飾材料，其裝飾效果和性能均優(yōu)于玻璃磚、花崗巖和大理石板材等微晶玻璃耐酸耐誠(chéng)堿性、抗凍性、耐污性能優(yōu)異,無(wú)放射性污染，鏡面效果良好質(zhì)輕可作為結(jié)構(gòu)材料。

圖 微晶玻璃幕墻，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

7

日常生活領(lǐng)域

微晶玻璃具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱膨脹性能可調(diào)、耐熱沖擊、耐化學(xué)腐蝕、低介電損耗等優(yōu)越性能，廣泛應(yīng)用于日常生活的方方面面。可用作餐具、廚具、玻璃幕墻、攝影器材部件等。

圖 玻璃陶瓷用于日常餐具

圖 玻璃陶瓷用于電磁爐面板（網(wǎng)絡(luò)圖）

圖 日本適馬公司發(fā)布的全球首款高透明微晶玻璃保護(hù)鏡，圖片來自蜂鳥網(wǎng)

來源：粉末成型圈