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第九章 功能玻璃 由于原子能、电子工业、计算机、医疗、激光等近代科学技术的发展及国防工业的需要，玻璃材料和其它无机非金属材料一样，发展非常迅速。许多新型玻璃材料在玻璃分类中归入特种玻璃中。功能玻璃是指与传统玻璃结构不同的、有某一方面独特性能的、有专门用途的、或者制造工艺有明显差别的一些新品种“玻璃”。功能玻璃近年来发展迅速，它除了具有普通玻璃的一般性质以外，还具有许多独特的性质，如磁光玻璃的磁－光转换功能、声光玻璃的声光特性、导电玻璃的导电性、记忆玻璃的记忆特性等。新型功能玻璃材料的开发主要依赖于如CVD、PVD、等离子溅射、溶胶－凝胶、材料复合等各种高新技术、新工艺在玻璃制造中的巧妙运用，赋予其许多新的特性，塑造成具有各种专用功能的特性材料，为现代光量子技术提供了更新的材料和器件。 随着材料制备手段的不断提高和发展，新技术、新工艺的出现，玻璃材料的开发日新月异，具有各种探索性能的玻璃不断的涌现出来。新型功能玻璃就是采用高纯原料、新型技术、新的制备方法或在特殊的条件下形成的具有某种特殊功能的玻璃或无机非晶态材料，它与通常玻璃相比具有许多明显的特征，主要表现在：（1）玻璃化方面，通常玻璃是在大气中进行熔融而制得的，而新型功能玻璃是采用超急冷法、溶胶－凝胶法、PVD法、CVD法以及特种气氛等方法而制得的；（2）成型方面，通常玻璃主要产品是板材、管材、成瓶、成纤等，而新型功能玻璃则是微粉末、薄膜、纤维状等；（3）在加工方面，通常玻璃采用烧制、研磨、急冷强化等方法，而新型功能玻璃则采用结晶化、离子交换法、分子溅射、分相、微细加工技术等；（4）在用途方面，通常玻璃主要用于建筑、容器、光学制品等，而新型功能玻璃主要用于光电子、光信息情报处理、传感显示、精密机械以及生物工程等领域。新型功能玻璃按照玻璃的功能来划分有微晶玻璃、光导纤维玻璃、激光玻璃、光色玻璃、半导体玻璃、非线性光学玻璃、磁功能玻璃、生物玻璃、机械功能玻璃以及功能玻璃薄膜等。下面对一些典型的功能玻璃进行介绍。 第一节 微晶玻璃 微晶玻璃是指通过玻璃热处理来控制晶体的生长发育而获得的一种多晶材料。它既有玻璃的基本性能也有陶瓷多晶体的特征。将加有成核剂（个别可不加）的特定组成的基础玻璃，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。利用基质玻璃成分的变化和控制析出晶相类型及微晶大小等手段能制成一系列特殊性能的材料，如零膨胀、高强度、可切削以及不同电性能的材料。传统的微晶玻璃为Li2O-Al2O3-SiO2和MgO-Al2O3-SiO2系统，前者在玻璃中形成锂辉石，石英固溶体，这些晶体具有负膨胀系数，通过热处理控制原始玻璃中的晶相及玻璃相的比例，可制成一系列从负到正膨胀系数的微晶玻璃。若将晶体尺寸控制在一定范围内，则可制成透明或半透明材料。组成在Li2O－SiO2和Li2O－2SiO2区的微晶，利用晶体与玻璃对氢氟酸侵蚀性能的差别，通过光刻制成薄板电子元件。微晶玻璃的发现是玻璃材料发展史上的一个新的里程碑，它大大地丰富了玻璃结构的研究内容，同时也开发了数以千计的微晶玻璃新材料，作为先进结构材料和高性能功能材料，在国防、运输、建筑、生产、科研及生活等领域内得到了广泛应用。 微晶玻璃可按不同标准分类。从外观看，有透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃。按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃。按照性能分为耐高温、耐热冲击、高强度、耐磨、易机械加工、易化学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、零膨胀、低介电损失、强介电性、强磁性和生物相容等种类。目前，世界上生产的微晶玻璃种类很多，有餐具微晶玻璃、航天微晶玻璃、建筑微晶玻璃和生物微晶玻璃等。按基础玻璃组成一般可分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐系统及磷酸盐系统等五大类。按所用材料则分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃两类。此外，还可按所含氧化物特点等方法分类。 1.1 微晶玻璃的性质 1.1.1 力学性质 （1）机械强度 微晶玻璃的机械强度比一般玻璃、陶瓷材料以及某些金属材料高得多。抗压强度为0.59～1.02Gpa，抗弯强度为88.2～220.5Mpa，抗张强度为49～137.2Mpa；特殊的或增强的微晶玻璃，抗弯强度高达411.6～548.8Mpa。微晶玻璃的抗冲击强度为2.94～9.81MPa，是普通玻璃的1～2倍，但仍属于脆性材料。 属于高强度的微晶玻璃，有Li2O-MgO-Al2O3-SiO2、Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2、(BaO、PbO)-Al2O3-SiO2-TiO2系统。当高膨胀系数（(90～100)×10－7K－1，25～300℃）的微晶玻璃的表面被覆上比其膨胀系数小（(10～39)×10－7K－1）的涂层后，可获得很高的强度。 （2）硬度及耐磨性 微晶玻璃硬度很高，具有突出的耐磨性能。其硬