玻璃陶瓷材料熔融法

玻璃陶瓷的制备最早使用的是熔融法，现在仍然广泛使用。此种方法是将各种原料及添加剂混合均匀，于1100℃～1550℃高温下熔融，均化后将玻璃熔体成型，退火后在一定温度下进行核化和晶化，以获得晶粒细小、均匀且整体析晶的玻璃陶瓷。熔融法的最大特点是可以沿用任何一科·玻璃的成型方法，例如压制、压延、吹制、拉制及浇铸等。与通常的陶瓷成型工艺相比，此法适合制备形状复杂、尺寸精密的制品，便于机械化、自动化生产，所得玻璃陶瓷制品致密度高、组成均匀、无气孔。然而，此法的熔制温度高，所得玻璃陶瓷晶相的数量取决于基础玻璃的整体析晶能力和热处理制度。

玻璃陶瓷材料烧结法

传统的熔融法制备玻璃陶瓷存在一定的局限性，例如玻璃熔制温度高、热处理时间长，而烧结法能够克服以上缺点。此法是将玻璃熔体水淬、磨细后得到玻璃粉末，筛分分级后将玻璃粉末制成生坯，再在一定温度下烧结，随炉冷却得到样品。烧结法的特点是基础玻璃的熔融温度比熔融法低，熔融时间短。由于玻璃粉末具有较高的比表面积，比熔融法所得的玻璃更易析晶，不必使用核化剂。另外，此法制备玻璃陶瓷无需经过玻璃形成阶段，所以适于极高温熔制的玻璃以及难以形成玻璃的玻璃陶瓷的制备。目前研究较多的是堇青石、顽辉石和锂铝硅系统的烧结玻璃陶瓷。

组成和显微结构是玻璃陶瓷成分设计的两个主要影响因素，主成分是成核的决定性因素，对于具有机械和光学性能的玻璃陶瓷来说，显微结构是更为关键的影响因素，与主成分和微晶相聚集情况有关，不同的热处理制度也会对显微结构产生重要影响。控制玻璃的析晶是形成玻璃陶瓷的前提条件．成核是控制结晶的决定性因素。母玻璃中晶体的形成通常经过两个阶段：①亚显微核形成阶段；②亚显微核生长阶段。以上两个阶段分别称为成核和晶体生长。成核受两方面因素影响：①选择化学组成适宜的母玻璃，通常添加一定的成核剂；②控制热处理制度，即加热温度及保温时间。

玻璃陶瓷材料机械上的应用

利用玻璃陶瓷耐高温、抗热震、热膨胀可调等力学和热学性能，可以制造出各种满足机械力学要求的材料。利用云母的可削性和定向取向性，可以制备出高强度的和可切削加工性能的玻璃陶瓷。玻璃陶瓷作为机械力学材料可广泛应用于活塞、旋转叶片及炊具，也可作为结构材料用于飞机、火箭、人造卫星。

玻璃陶瓷材料光学上的应用

低膨胀和零膨胀玻璃陶瓷对温度变化不敏感，可在温度变化但要求尺寸稳定的领域得到应用，例如可用于望远镜和激光器的外壳。将低膨胀锂系玻璃陶瓷用于光纤接头，与氧化锆材料相比，在热膨胀系数和硬度方面与石英玻璃光纤更为匹配，易于精密加工，环境稳定性好。 2100433B

本书以作者承担的国家自然科学基金项目、广西自然科学基金项目及作者多年来在发光玻璃与玻璃陶瓷材料研究开发方面取得的科研成果为基础，较系统地总结了国内外在玻璃科学研究方面和光致发光玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料方面的最新成果，具体内容包括：稀土离子的发光及其相互作用，白光LED的发光原理及其实现方式，荧光温度传感的原理及其应用现状，稀土离子的能量转换，稀土掺杂发光玻璃与纳米透明玻璃陶瓷材料的研究现状、应用领域及发展方向。本书可供材料、电子、能源、环境、生物、医学等领域从事科学研究、新材料开发、生产和管理的科技工作者阅读与参考，也可作为材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业、功能材料专业、新能源材料与器件专业的本科生和研究生的教学参考书。

制备思路：他们在普通的Na₂O-CaO-SiO₂玻璃系统中加入6wt%的P₂O₅，使得材料在元素成分上与自然人体骨骼有所接近，这种材料不仅对人体无害，而且由于P₂O₅的加入，增加了生物活性。他们把这种材料叫做“生物玻璃”（Bioglass），从而揭开了玻璃和玻璃陶瓷材料作为生物体材料的序幕。

优点：对人体无害，与骨组织亲和性也好，而且还能够与周围的骨骼组织牢固的结合在一起。

应用情况：它的一些产品如牙科所用的ERMI和PerioGLAS粉、中耳骨、骨骼损伤修补等已进入市场或在临床应用中。

缺点：力学性能不够理想。不能直接应用于人体的承受载荷的部位，而主要用于骨填充材料和生物涂层。

1.自增韧 

由适当组成的玻璃通过控制结晶化制成微晶化玻璃,又称玻璃陶瓷。通过新晶相的析出来提高材料的机械强度。如小久保正的A-W微晶玻璃，通过第二相硅灰石的析出提高了材料的机械强度，而没有降低材料与骨结合的能力。可切削加工玻璃陶瓷则是通过向含磷灰石微晶的玻璃中引入能析出氟金云母的成分，大大改善了玻璃陶瓷材料的可切削加工性能。自增韧技术的采用在一定程度提高了玻璃材料的某些力学性能，为实现临床应用带来了可能。 

2.颗粒增韧 

利用生物玻璃或陶瓷与其他颗粒相复合的方法提高整体材料的强度,复合方式有多种，可分为：

①与活性生物颗粒相复合，作为增强相与轻基磷灰石相复合。 

②与生物惰性颗粒相复合。选择具有生物活性的生物玻璃为母材与其他惰性颗粒组成复合材料，从而保存活性提高强度和韧性。

3.纤维增韧 

碳纤维、碳化硅纤维及金属纤维都被用于生物玻璃陶瓷材料的补强增韧，如将碳纤维切成一定长度的小段，并以水为介质与磷酸钙充分混合，将得到的浆料球磨混合后真空热压烧结，制得的复合材料最终抗弯强度为23.6MPa,拉伸变形率为0.36%，提高了材料的韧性。 

4.层状复合增韧 

层状复合增韧的核心是将结构陶瓷中的层状增韧机理引入生物材料。用生物活性材料(生物玻璃或HA)为基体材料，引入碳素等延性材料作为夹层材料，制备胚体，该胚体在氮气保护下热压烧结，得到基本致密的块体，其断口为阶梯状断裂，表明复合陶瓷整体在达到最大载荷点后失效不是突变的，而是裂纹在石墨层中扩展,并逐步被吸收，呈Z状扩散，因而避免了脆性断裂。 

5.生物活性玻璃涂层 

生物玻璃加涂士医用金属等的基底上形成的一种涂层材料，其目的在于利用生物玻璃与骨键合的生物活性以及金属的高强度，构成可承受负载的骨和牙等硬组织替换材料。功能梯度涂层即通过增加过渡性涂层，缩小基体与活性涂层间热膨胀性能的差异，从而增强两者之间的结合力，取得了一定的效果 。