氟硅酸鹽玻璃陶瓷

前言

玻璃陶瓷又稱微晶玻璃，作為一種新型材料，經(jīng)過60余年的發(fā)展，其在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到了廣泛應(yīng)用。其中氟硅酸鹽玻璃陶瓷以其獨(dú)特的可加工性、高強(qiáng)度高韌性和生物活性在玻璃陶瓷家族中獨(dú)樹一幟，受到材料界的廣泛關(guān)注。作者在近10年來的科研工作中發(fā)現(xiàn)，雖然該材料自20世紀(jì)70年代問世以來，國外研究人員對其進(jìn)行了大量的研究，但國內(nèi)在這方面的研究工作還不多見（氟云母玻璃陶瓷除外），到目前為止也未見到一部系統(tǒng)介紹該材料的專著。由于各研究者實(shí)驗(yàn)條件和側(cè)重點(diǎn)不同，有些結(jié)果也不盡相同，行業(yè)內(nèi)迫切需要一部這方面的專著對本領(lǐng)域已取得的研究成果進(jìn)行全面的歸納總結(jié)，作者因而萌發(fā)了撰寫一部能夠反映該領(lǐng)域最新研究成果的學(xué)術(shù)專著的愿望。在閱讀了國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上40多年來所發(fā)表的幾乎所有與氟硅酸鹽玻璃陶瓷相關(guān)的文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，作者結(jié)合對自己研究成果的整理、分析和思考，經(jīng)過近2年的努力終于完成了本書的寫作。編寫本書主要目的是為我國從事玻璃陶瓷研究和生產(chǎn)的工作者提供一個自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外在氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究方面所取得的主要成果的全貌，為將來進(jìn)一步開發(fā)該體系中的新材料提供有益的借鑒和啟示，同時也可為高校相關(guān)專業(yè)的學(xué)生和教師提供一套較完整的教學(xué)參考資料。氟硅酸鹽玻璃陶瓷中的晶體普遍存在于自然界，地質(zhì)學(xué)對這些晶體的組成、結(jié)構(gòu)、成因和合成已作了大量的研究，所取得的研究成果對于氟硅酸鹽玻璃陶瓷的研究有著重要的借鑒意義。因此本書在內(nèi)容安排和寫作思路上嘗試著將這兩個學(xué)科的知識進(jìn)行融合，在從材料學(xué)角度對氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究成果闡述的同時也對在地質(zhì)學(xué)研究中所取得的相關(guān)成果進(jìn)行了介紹，并注重引用地質(zhì)學(xué)理論研究成果對氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究中出現(xiàn)的一些試驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行分析與討論，再進(jìn)行歸納總結(jié)上升為理論。例如運(yùn)用地質(zhì)學(xué)中的晶體多體理論可以成功地解釋氟硅酸鹽玻璃陶瓷析晶過程中氟云母→氟閃石、氟云母→透輝石的晶相演變現(xiàn)象，不僅首次建立了玻璃陶瓷析晶過程中氟云母→氟閃石相變的多體轉(zhuǎn)變晶體學(xué)理論，同時也大大豐富了晶體多體理論自身，促進(jìn)了兩個學(xué)科在理論上的發(fā)展。本書的另一個特點(diǎn)是注重對不同研究者從不同角度對同一問題所取得的研究結(jié)果進(jìn)行比較和分析，并結(jié)合材料學(xué)基礎(chǔ)理論加以討論，從而找出其中的共性規(guī)律上升為理論，而不是簡單地對現(xiàn)有研究成果的羅列。書中所引資料和數(shù)據(jù)均注明了出處，以便讀者檢索和進(jìn)一步閱讀。但為了編寫的需要，對部分文獻(xiàn)內(nèi)容作了取舍，有些較明顯的錯誤也作了更正，還望原作者見諒。全書共分六章，第一章對玻璃陶瓷發(fā)展史和基本知識做了介紹，第二、三、四章分別對氟云母、氟閃石和氟硅堿鈣石玻璃陶瓷國內(nèi)外研究成果做了全面的歸納和總結(jié)，第五章是作者本人近年來研究工作的總結(jié)，第六章簡介了氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究的最新動態(tài)并對其發(fā)展前景做了展望。希望本書的問世能夠起到拋磚引玉的效果，通過閱讀本書，激發(fā)讀者對氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究和開發(fā)的興趣，為推動我國氟硅酸鹽玻璃陶瓷的發(fā)展盡一份綿薄之力。氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究涉及學(xué)科知識較廣，作者學(xué)識有限，雖然在撰寫過程中竭盡努力，但時間精力有限，書中不足之處，還望讀者不吝指正，甚為感激。本書的出版獲得了大連交通大學(xué)學(xué)術(shù)著作出版專項(xiàng)基金的資助，在此表示感謝。章為夷2011年9月于大連交通大學(xué)

內(nèi)容概要

　　氟硅酸鹽玻璃陶瓷自20世紀(jì)70年代問世以來，以其獨(dú)特的可加工性、高強(qiáng)度、高韌性和生物活性受到業(yè)內(nèi)的廣泛重視，國內(nèi)外對此展開了廣泛的研究。本書結(jié)合作者近年來在氟硅酸鹽玻璃陶瓷尤其是反應(yīng)析晶法制備氟閃石玻璃陶瓷方面所取得的研究成果，并總結(jié)了國內(nèi)外40年來在該領(lǐng)域所取得的研究成果，對氟硅酸鹽玻璃陶瓷的組成、晶體化學(xué)、析晶機(jī)理、相變、組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能、制備工藝和應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。
　　本書可供從事玻璃陶瓷材料研究生產(chǎn)的科研人員和廣大工程技術(shù)人員使用，也可供大專院校相關(guān)專業(yè)師生參考。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 玻璃和陶瓷
1.2 玻璃陶瓷的定義和特點(diǎn)
1.3 玻璃陶瓷的制備
1.3.1 熔融法
1.3.2 燒結(jié)法
1.3.3 溶劑凝膠法
1.4 玻璃陶瓷分類
1.5 玻璃陶瓷的應(yīng)用
1.6 可加工玻璃陶瓷發(fā)展史
1.7 氟硅酸鹽玻璃陶瓷
參考文獻(xiàn)
第2章 氟云母玻璃陶瓷
2.1 云母礦物組成、結(jié)構(gòu)和合成
2.2 氟金云母玻璃陶瓷
2.2.1 組成
2.2.2 析晶機(jī)理和組織
2.2.3 析晶影響因素
2.3 氟四硅云母玻璃陶瓷
2.3.1 組成
2.3.2 析晶和組織
2.4 鋇云母玻璃陶瓷
2.4.1 組成
2.4.2 析晶和組織
2.5 鈣云母玻璃陶瓷
2.5.1 組成
2.5.2 析晶和組織
2.6 鋰云母玻璃陶瓷
2.6.1 組成
2.6.2 析晶和組織
2.7 氟云母玻璃陶瓷制備
2.7.1 熔融法
2.7.2 燒結(jié)法
2.8 復(fù)相氟云母玻璃陶瓷
2.8.1 組成
2.8.2 析晶和組織
2.8.3 復(fù)相氟云母玻璃陶瓷的制備
2.9 氟云母玻璃陶瓷的性能和應(yīng)用
2.9.1 可加工性
2.9.2 力學(xué)性能
2.9.3 磨損性能
2.9.4 熱膨脹性
2.9.5 焊接性
2.9.6 生物活性
2.9.7 應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第3章 氟閃石玻璃陶瓷
3.1 閃石礦物和閃石人工合成
3.1.1 閃石礦物
3.1.2 閃石晶體化學(xué)
3.1.3 閃石的人工合成
3.2 氟閃石玻璃陶瓷
3.2.1 組成
3.2.2 析晶機(jī)理和組織
3.2.3 玻璃組成對析晶的影響
3.2.4 熱處理工藝對析晶的影響
3.3 氟閃石玻璃陶瓷的性能和應(yīng)用
3.3.1 力學(xué)性能
3.3.2 熱膨脹性
3.3.3 生物相容性和生物活性
3.3.4 可加工性
3.3.5 應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第4章 氟硅堿鈣石玻璃陶瓷
4.1 硅堿鈣石礦物學(xué)
4.1.1 硅堿鈣石分類和組成
4.1.2 硅堿鈣石晶體結(jié)構(gòu)
4.2 氟硅堿鈣石玻璃陶瓷
4.2.1 組成和制備
4.2.2 析晶和組織
4.2.3 玻璃組成對析晶的影響
4.3 氟硅堿鈣石玻璃陶瓷的性能
4.3.1 力學(xué)性能
4.3.2 生物活性
4.3.3 耐蝕性
4.4 燒結(jié)法制備和復(fù)相氟硅堿鈣石玻璃陶瓷
4.5 應(yīng)用
參考文獻(xiàn)
第5章 反應(yīng)析晶燒結(jié)法制備氟閃石玻璃陶瓷
5.1 氟云母合成
5.2 氟閃石玻璃陶瓷的反應(yīng)析晶工藝
5.2.1 氟云母類型的影響
5.2.2 玻璃組成的影響
5.2.3 燒結(jié)溫度的影響
5.2.4 氟云母加入量的影響
5.2.5 氟閃石反應(yīng)析晶影響因素
5.3 氟閃石反應(yīng)析晶機(jī)理
5.3.1 概述
5.3.2 升溫過程中氟閃石的形成
5.3.3 等溫過程中氟閃石的形成
5.3.4 晶體的多體性
5.3.5 氟云母 氟閃石多體轉(zhuǎn)變晶體學(xué)
5.4 氟閃石晶體等溫長大
5.4.1 試驗(yàn)結(jié)果和分析
5.4.2 鈉鈣玻璃析晶長大
5.4.3 Ostwald 熟化機(jī)制長大
5.5 氟閃石晶體升溫長大
5.6 氟閃石玻璃陶瓷燒結(jié)
5.6.1 燒結(jié)致密化機(jī)理
5.6.2 致密化影響因素
5.6.3 氟云母加入量與氟閃石玻璃陶瓷相對密度間定量關(guān)系
5.7 氟閃石玻璃陶瓷力學(xué)性能和可加工性
5.7.1 氟云母加入量的影響
5.7.2 燒結(jié)溫度的影響
5.7.3 玻璃粉末粒度的影響
5.7.4 素坯成型壓力的影響
5.7.5 氟云母類型的影響
5.7.6 玻璃類型的影響
5.8 氟閃石玻璃陶瓷制備工藝參數(shù)
參考文獻(xiàn)
第6章 國內(nèi)外氟硅酸鹽玻璃陶瓷研究動態(tài)
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：采用兩步熱處理工藝對母相玻璃進(jìn)行晶化，根據(jù)差熱分析結(jié)果確定的晶化工藝如下：600～620℃核化th，720-760℃晶化2h，900～920℃處理2h使晶體長大，加5%Y-TZP玻璃處理溫度取下限，加10% Y-TZP玻璃處理溫度取上限。（3）氟四硅云母一氟磷灰石一透輝石玻璃陶瓷將質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%～75%、質(zhì)量比為1:1的磷灰石和透輝石組分加入氟四硅云母組分中，在1350～1500℃熔制成均勻的玻璃，再在700-1075℃間晶化處理，玻璃通過整體析晶析出氟四硅云母、氟磷灰石和透輝石。（4）鈉氟金云母／氟磷灰石的復(fù)相玻璃陶瓷將鈉氟金云母組分的原料和氟磷灰石[Calo（P04）6]組分的原料按85：15的比例混合均勻，在鉑金坩堝中1350～1400℃熔制玻璃，玻璃晶化工藝為610℃核化處理2h和1300℃晶化處理3h。在鈉氟金云母／氟磷灰石玻璃陶瓷的基礎(chǔ)上，再加入一定比例的氧化鈣和P20s，還可制成鈣云母一氟磷灰石鈉霞石三相玻璃陶瓷，用氟化鈉取代氟化鎂和氧化鉀，可制成鈉氟金云母／鈉霞石玻璃陶瓷。（5）氟金云母／莫來石復(fù)相玻璃陶瓷 在氟金云母化學(xué)計(jì)量式組分中加入5%～20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）莫來石（3AIz03·2S102）組分，在氧化鋁坩堝中1500-1600℃熔制成玻璃，在石墨模具中澆注成型，以1℃／min速度從600℃冷卻至室溫，以釋放熱應(yīng)力，再通過兩步熱處理晶化處理成復(fù)相玻璃陶瓷。2.8.3.2燒結(jié)法熔融法是制備氟云母復(fù)相玻璃陶瓷的主要工藝，近年來開始應(yīng)用燒結(jié)法。與熔融法相比，這種工藝更為靈活、簡單，有些難以用熔融法制備的復(fù)相玻璃陶瓷可以方便地用這種工藝制備出來，所制備的復(fù)相氟云母玻璃陶瓷種類也更多。燒結(jié)法制備復(fù)相氟云母玻璃陶瓷有三種途徑：融制特定組成的基礎(chǔ)玻璃，粉碎后壓制成型燒結(jié)；將氟云母組分的玻璃粉末和其他組分的玻璃粉末按一定比例混合后壓制成型燒結(jié)；在氟云母組分的玻璃粉末中直接加入其他晶體粉末混合壓制成型后燒結(jié)。（1）特定組成基礎(chǔ)玻璃粉末燒結(jié)這種工藝與單相氟云母玻璃陶瓷燒結(jié)工藝流程和致密化機(jī)理基本相同，不同的是所用的母相玻璃組成，單相氟云母玻璃陶瓷所用的母相玻璃組成基本是以氟云母化學(xué)計(jì)量式為基，燒結(jié)時析出單相氟云母；而復(fù)相氟云母玻璃陶瓷所用的母相玻璃組成卻不同，通常是在單相氟云母玻璃陶瓷組分的母相玻璃中加入所需要的第二相組分，燒結(jié)時析出氟云母和第二相。①氟金云母／鋰輝石復(fù)相玻璃陶瓷以長石礦物為主要原料，加入化工原料調(diào)整成分，在氟金云母組成中加入10%～60%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）鋰輝石成分（L120.Al2 03·4 SiO2），玻璃具體組成見表2-10中的8～10號配方玻璃。將100MPa壓力壓制的混合料毛坯在1000℃下煅燒th后，在鉑金坩堝中1100～1400℃熔制成玻璃，水淬，研磨成75pm的粉末，在100MPa壓力下壓制成型。毛坯加熱至650℃等溫3h后再加熱至950℃等溫2h燒結(jié)成氟金云母／p鋰輝石復(fù)相玻璃陶瓷。

編輯推薦

《氟硅酸鹽玻璃陶瓷:組織、制備和性能》是由化學(xué)工業(yè)出版社出版的。

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