微晶玻璃技術(shù)

發(fā)展史/1

第1章　微晶玻璃設(shè)計(jì)的基本原理/4
1.1 微晶玻璃的優(yōu)點(diǎn) 4
1.1.1 工藝特性 5
1.1.2 熱學(xué)特性 5
1.1.3 光學(xué)特性 6
1.1.4 化學(xué)特性 6
1.1.5 生物學(xué)特性 6
1.1.6 力學(xué)特性 6
1.1.7 電學(xué)和磁學(xué)特性 6
1.2 設(shè)計(jì)因素 7
1.3 晶體結(jié)構(gòu)和礦物學(xué)特性 7
1.3.1 硅酸鹽晶體 7
1.3.1.1 島狀硅酸鹽 9
1.3.1.2 雙硅酸鹽 9
1.3.1.3 環(huán)狀硅酸鹽 9
1.3.1.4 鏈狀硅酸鹽 9
1.3.1.5 層狀硅酸鹽 10
1.3.1.6 網(wǎng)狀硅酸鹽 10
1.3.2 磷酸鹽 28
1.3.2.1 磷灰石 28
1.3.2.2 正磷酸鹽和磷酸氫鹽 29
1.3.2.3 偏磷酸鹽 30
1.3.3 氧化物 32
1.3.3.1 TiO2 32
1.3.3.2 ZrO2 32
1.3.3.3 MgAl2O4 (尖晶石) 33
1.4 成核 34
1.4.1 均勻成核 35
1.4.2 非均勻成核 36
1.4.3 均勻成核和非均勻成核的動(dòng)力學(xué) 37
1.4.4 成核理論在微晶玻璃研發(fā)中的應(yīng)用實(shí)例 39
1.4.4.1 整體成核 39
1.4.4.2 表面核化 43
1.4.4.3 時(shí)間-溫度-轉(zhuǎn)變(TTT)相圖 45
1.5 晶體長(zhǎng)大 46
1.5.1 初次生長(zhǎng) 47
1.5.2 各向異性生長(zhǎng) 49
1.5.3 表面生長(zhǎng) 53
1.5.4 樹(shù)狀和球狀晶化 54
1.5.4.1 現(xiàn)象學(xué) 54
1.5.4.2 樹(shù)狀和球狀晶體的應(yīng)用 56
1.5.5 二次長(zhǎng)大 57

第2章　微晶玻璃的組成系統(tǒng)/58
2.1 堿金屬和堿土金屬硅酸鹽 58
2.1.1 SiO2-Li2O (二硅酸鋰) 58
2.1.1.1 化學(xué)計(jì)量組成 58
2.1.1.2 非化學(xué)計(jì)量多成分組成 60
2.1.2 SiO2-BaO (硅鋇石) 68
2.1.2.1 化學(xué)計(jì)量二硅酸鋇 68
2.1.2.2 多組分微晶玻璃 69
2.2 鋁硅酸鹽 69
2.2.1 SiO2-Al2O3 (莫來(lái)石) 69
2.2.2 SiO2-Al2O3-Li2O (β-石英固溶體、β-鋰輝石固溶體) 71
2.2.2.1 β-石英固溶體微晶玻璃 71
2.2.2.2 β-鋰輝石固溶體微晶玻璃 74
2.2.3 SiO2-Al2O3-Na2O (霞石) 76
2.2.4 SiO2-Al2O3-Cs2O (銫榴石) 79
2.2.5 SiO2-Al2O3-MgO (堇青石、頑輝石、鎂橄欖石) 81
2.2.5.1 堇青石微晶玻璃 81
2.2.5.2 頑輝石微晶玻璃 84
2.2.5.3 鎂橄欖石微晶玻璃 85
2.2.6 SiO2-Al2O3-CaO (鈣硅石) 87
2.2.7 SiO2-Al2O3-ZnO (Zn填充的β-石英、硅鋅礦-紅鋅礦) 89
2.2.7.1 Zn填充β-石英微晶玻璃 89
2.2.7.2 硅鋅礦和紅鋅礦微晶玻璃 90
2.2.8 SiO2-Al2O3-ZnO-MgO (尖晶石、鋅尖晶石) 92
2.2.8.1 沒(méi)有β-石英的尖晶石微晶玻璃 92
2.2.8.2 β-石英尖晶石微晶玻璃 93
2.2.9 SiO2-Al2O3-CaO (爐渣微晶玻璃) 93
2.2.10 SiO2-Al2O3-K2O (白榴石) 96
2.2.11 SiO2-Ga2O3-Al2O3-Li2O-Na2O-K2O (鋰鋁鎵酸鹽尖晶石) 99
2.2.12 SiO2-Al2O3-SrO-BaO (鍶-長(zhǎng)石-鋇長(zhǎng)石) 99
2.3 氟硅酸鹽 103
2.3.1 SiO2-(R3+)2O3-MgO-(R2+)O-(R+)2O-F (云母) 103
2.3.1.1 堿金云母微晶玻璃 103
2.3.1.2 無(wú)堿金云母微晶玻璃 107
2.3.1.3 四硅云母微晶玻璃 108
2.3.2 SiO2-Al2O3-MgO-CaO-ZrO2-F (云母、氧化鋯) 109
2.3.3 SiO2-CaO-R2O-F硅堿鈣石 110
2.3.4 SiO2-MgO-CaO-(R+)2O-F (角閃石) 114
2.4 磷硅酸鹽 117
2.4.1 SiO2-CaO-Na2O-P2O5 (磷灰石) 117
2.4.2 SiO2-MgO-CaO-P2O5-F (磷灰石,硅灰石) 119
2.4.3 SiO2-MgO-Na2O-K2O-CaO-P2O5 (磷灰石) 120
2.4.4 SiO2-Al2O3-MgO-CaO-Na2O-K2O-P2O5-F (云母、磷灰石) 120
2.4.5 SiO2-MgO-CaO-TiO2-P2O5 (磷灰石、鈦酸鎂) 124
2.4.6 SiO2-Al2O3-CaO-Na2O-K2O-P2O5-F針狀磷灰石 125
2.4.6.1 針狀磷灰石的形成與磷酸鈣鈉的反應(yīng)同時(shí)發(fā)生 128
2.4.6.2 從無(wú)序球形氟磷灰石晶體中形成針狀磷灰石 131
2.4.7 SiO2-Al2O3-CaO-Na2O-K2O-P2O5-F/Y2O3、B2O3 (磷灰石和白榴石) 132
2.4.7.1 氟磷灰石和白榴石 132
2.4.7.2 氧磷灰石和白榴石 134
2.4.8 SiO2-CaO-Na2O-P2O5-F (磷酸鈣鈉) 136
2.5 鐵硅酸鹽 137
2.5.1 SiO2-Fe2O3-CaO 137
2.5.2 SiO2-Al2O3-FeO-Fe2O3-K2O (云母,鐵酸鹽) 138
2.5.3 SiO2-Al2O3-Fe2O3-(R+ )2O -(R2+ ) O (玄武巖) 140
2.6 磷酸鹽 141
2.6.1 P2O5-CaO (偏磷酸鹽) 141
2.6.2 P2O5-CaO-TiO2 144
2.6.3 P2O5-Na2O-BaO和P2O5-TiO2-WO3 144
2.6.3.1 P2O5-Na2O-BaO系統(tǒng) 144
2.6.3.2 P2O5-TiO2-WO3 系統(tǒng) 145
2.6.4 P2O5-Al2O3-CaO (磷灰石) 145
2.6.5 P2O5-B2O3-SiO2 146
2.6.6 P2O5-SiO2-Li2O-ZrO2 148
2.6.6.1 含有16% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))ZrO2 的微晶玻璃 149
2.6.6.2 含有20% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))ZrO2 的微晶玻璃 149
2.7 其他系統(tǒng) 150
2.7.1 鈣鈦礦型微晶玻璃 150
2.7.1.1 SiO2-Nb2O5-Na2O-(BaO) 151
2.7.1.2 SiO2-Al2O3-TiO2-PbO 152
2.7.1.3 SiO2-Al2O3-K2O-Ta2O5-Nb2O5 153
2.7.2 鈦鐵礦型(SiO2-Al2O3-Li2O-Ta2O5)微晶玻璃 153
2.7.3 B2O3-BaFe12O19 (鋇鐵氧體)或者BaFe10O15 (鐵酸鋇) 154
2.7.4 SiO2-Al2O3-BaO-TiO2 (鈦酸鋇) 154
2.7.5 Bi2O3-SrO-CaO-CuO 155

第3章　微觀(guān)結(jié)構(gòu)控制/156
3.1 固相反應(yīng) 156
3.1.1 等化學(xué)相變 156
3.1.2 相間反應(yīng) 157
3.1.3 溶出 157
3.1.4 利用相圖預(yù)測(cè)微晶玻璃的聚集 157
3.2 微觀(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 158
3.2.1 納米晶體微觀(guān)結(jié)構(gòu) 158
3.2.2 細(xì)胞膜微觀(guān)結(jié)構(gòu) 159
3.2.3 海岸線(xiàn)-島狀微觀(guān)結(jié)構(gòu) 161
3.2.4 樹(shù)枝狀微觀(guān)結(jié)構(gòu) 162
3.2.5 殘留微觀(guān)結(jié)構(gòu) 165
3.2.6 “卡片屋”結(jié)構(gòu) 165
3.2.6.1 成核反應(yīng) 166
3.2.6.2 初級(jí)晶相形成和云母析出 166
3.2.7 卷心菜頭結(jié)構(gòu) 168
3.2.8 針狀互鎖結(jié)構(gòu) 171
3.2.9 薄片狀雙晶結(jié)構(gòu) 173
3.2.10 晶體優(yōu)先取向 174
3.2.11 晶體網(wǎng)狀微觀(guān)結(jié)構(gòu) 176
3.2.12 天然材料舉例 176
3.2.13 納米晶 178
3.3 關(guān)鍵性能的控制 179
3.4 方法和測(cè)試 180
3.4.1 化學(xué)系統(tǒng)和晶相 180
3.4.2 晶相測(cè)定 180
3.4.3 晶體形成的動(dòng)力學(xué)過(guò)程 181
3.4.4 微觀(guān)結(jié)構(gòu)測(cè)定 184
3.4.5 力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)性能 185
3.4.5.1 微晶玻璃的光學(xué)性能和化學(xué)組成 186
3.4.5.2 微晶玻璃的力學(xué)性能和微觀(guān)結(jié)構(gòu) 186
3.4.5.3 電學(xué)性能 187
3.4.5.4 化學(xué)性能 187
3.4.5.5 生物學(xué)性能 188

第4章　微晶玻璃的應(yīng)用/189
4.1 技術(shù)應(yīng)用 189
4.1.1 雷達(dá)罩 189
4.1.2 光敏和蝕刻材料 189
4.1.2.1 Fotoform和Fotoceram 190
4.1.2.2 Foturan 193
4.1.2.3 其他產(chǎn)品 195
4.1.3 可加工微晶玻璃 195
4.1.3.1 MACOR和DICOR 195
4.1.3.2 VitronitTM 198
4.1.3.3 PhotoveelTM 198
4.1.4 磁盤(pán)基片 199
4.1.5 液晶顯示 201
4.2 日用品應(yīng)用 202
4.2.1 β-鋰輝石固溶體微晶玻璃 202
4.2.2 石英固溶體微晶玻璃 204
4.3 光學(xué)應(yīng)用 206
4.3.1 望遠(yuǎn)鏡 206
4.3.1.1 發(fā)展需求 206
4.3.1.2 Zerodur微晶玻璃 206
4.3.2 集成透鏡陣列 208
4.3.3 發(fā)光微晶玻璃的應(yīng)用 210
4.3.3.1 太陽(yáng)能集光器的Cr摻雜莫來(lái)石 210
4.3.3.2 用于可調(diào)激光器和光存儲(chǔ)媒介的Cr摻雜尖晶石 212
4.3.3.3 稀土摻雜氟氧化物用于放大、上轉(zhuǎn)換和量子切割 215
4.3.3.4 鉻(Cr4+)摻雜鎂橄欖石、β-硅鋅礦和其他用于寬波放大的正硅酸鹽 219
4.3.3.5 Ni2+摻雜鎵酸鹽尖晶石用于放大和寬波紅外光源 221
4.3.3.6 用于白色LED的YAG微晶玻璃磷光粉 224
4.3.4 光學(xué)元件 225
4.3.4.1 用于光纖布拉格光柵無(wú)熱化微晶玻璃 225
4.3.4.2 光學(xué)光柵和波導(dǎo)的激光誘導(dǎo)晶化 230
4.3.4.3 光學(xué)連接器的微晶玻璃套圈 231
4.3.4.4 可控紅外線(xiàn)吸收和微波敏感性透明ZnO微晶玻璃的應(yīng)用 232
4.4 醫(yī)用和牙科用微晶玻璃 232
4.4.1 醫(yī)用微晶玻璃 233
4.4.1.1 CERABONE 233
4.4.1.2 CERAVITAL 235
4.4.1.3 BIOVERIT 235
4.4.2 牙科修復(fù)用微晶玻璃 236
4.4.2.1 無(wú)金屬修復(fù)劑用可模塑微晶玻璃 237
4.4.2.2 無(wú)金屬修復(fù)劑可加工微晶玻璃 244
4.4.2.3 金屬框架微晶玻璃 246
4.4.2.4 高韌性多晶陶瓷上的微晶玻璃裝飾材料 250
4.5 電子和電學(xué)應(yīng)用 255
4.5.1 絕緣體 255
4.5.2 電子封裝 256
4.5.2.1 發(fā)展需求 256
4.5.2.2 性能和工藝 257
4.5.2.3 應(yīng)用 258
4.6 建筑應(yīng)用 259
4.7 涂層和焊接 261
4.8 新能源應(yīng)用 262
4.8.1 鋰電池組成 262
4.8.1.1 負(fù)極 262
4.8.1.2 電解質(zhì) 263
4.8.2 固體氧化物燃料電池的連接材料 263

后記　未來(lái)發(fā)展方向/264

附錄　23種晶體結(jié)構(gòu)的21張圖/265

參考文獻(xiàn)/278