微晶材料

微晶材料

一、概述

微晶材料（Micro-Crystallite Materials）又称玻璃陶瓷。它是由某些特定配方组成的各种硅酸盐原料（包括矿产原料、矿渣废渣原料、化工原料、晶核剂、添加剂、澄清剂等等），通过特定的温度制度或(和)光照（称光敏）处理受控微晶化而形成的具有特定优异性能的微晶相和残余硅酸盐相组成的多相固体材料。其质地可以是致密、无孔、耐磨等，也可以是疏松、多孔、抗压耐腐等。特定配方组成的各种硅酸盐原料加入一定量的晶核剂（有时也不加），再经加热（称热敏）或(和)光照（称光敏）处理，使特定组成的硅酸盐熔融体内均匀地析出大量细小的微晶体，而制成的透明或不透明固体结构材料。晶体尺寸一般小于0.1μｍ,晶体含量可达30％～90％（体积）。这类微晶材料的机械强度、化学稳定性、电性能均优于传统的普通玻璃、陶瓷，而生产工艺和使用原料却与传统的普通玻璃、陶瓷相似，还可大量利用工业废料、废渣、矿渣等。微晶材料在某种程度可以说是优化组合了传统玻璃、传统陶瓷及天然石材的诸多优点，一般的微晶材料其理化性能均优于天然石材和传统的玻璃、陶瓷，可用于建筑幕墙及室内各档次装修装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热器皿面板、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等，在２０１０年远景规划中，微晶材料之一的微晶玻璃被规划为国家综合利用行动的战略发展重点和环保治理的重点，被称为跨世纪的综合材料。微晶材料是21世纪极具有发展前景的新型材料和极具市场潜力的一种新兴高科技微晶行业。

在中国，一般将用在建筑装饰上的微晶玻璃俗称微晶石。微晶技术和微晶材料可用在很多领域，作为建筑装饰材料的微晶石的工业生产主要采用工业废料、矿渣、岩石、长石、方解石、白云石、石英砂为基本原料。微晶玻璃的颜色是靠生产过程中添加着色剂形成的，如氧化铁、氧化铬、氧化锰、氧化钴、氧化镍等来控制。微晶玻璃具有天然石材所不具有的优点，机械强度高、耐磨、耐热、耐酸碱、无色差、无放射性、质地致密、吸水率近似零、可做出类似石材的各种异型板、可人为控制颜色和外观纹理、自动机械化或半机械化工业批量生产等，是一种中高级的装饰装修材料，更重要的是一种新兴的高技术含量的微晶材料行业！

建筑装饰微晶石在全世界最具有代表性的国家和世界上认可最为成熟的先进技术工艺是日本以及其成熟的淬粒烧结工艺（俗称烧结法）。1974年，日本硝子(NEG)开始推出微晶玻璃板，三十几年来，使用者证明：微晶玻璃板不仅具有美感、立体感，而且在耐候性、耐磨性、清洁、维护、环保、健康方面均优于普通天然石材。近几年，日本新建的车站或者车站翻新时，其内、外墙大多改用微晶玻璃板，如名古屋附近的车站、箱崎地铁站等。另外，在为数众多的建筑物、商业建筑、娱乐设施及工业建筑的饰面装修中采用微晶玻璃的比比皆是，例如新千岁空港旅客进港大厅、新东京邮电局、竹井美术馆、大坂市立科学馆、住友银行等等，占据建筑装饰板材总量的1/3之多。这些建筑物改变了都市、乡村的风貌，实实在在显示了微晶玻璃板势必成为21世纪建材界的新宠物。

二：特点和应用领域

微晶材料具有比一般玻璃、陶瓷、天然石材更为优良的特性，主要表现为：

1、具有优异的化学性能：耐酸碱腐蚀、耐风化、耐温性能相当好；

2、具有优越的物理性能，如：耐磨损、耐污、自洁、优良的机械强度；

3、具有优良的电学性能：绝缘性能好、介电损耗率低；

4、具有良好的热学性能：热膨胀系数低，抗热震性能好，

软化温度高、导散热性能好；

5、具有优异的装饰效果：一般指建筑装饰用微晶玻璃（俗

称微晶石）； 6、具有优良的节能保温效果：一般指泡沫微晶材料（或者纳米微晶泡沫材料）；

7、微晶材料品种多，各品种材料具有独特的理化性能：如电磁炉微晶板、微晶铸石板等。

由于微晶玻璃有很多独特优良的特性,因此,也被广泛地应用到各个领域,目前的主要应用有：

A 、建筑装饰装修领域

1、墙体装饰装修材料；

2、地面装饰装修材料；

3、生活中台面板材料：桌面、洗面台、床台面、楼

梯踏步台面、厨房台面板等等

4、异型体装饰装修材料：圆柱、圆盘、圆堆等等

B 、家电餐具领域

1、电磁炉面板、台面板；

2、餐具煲、碗、杯、盆等等；

3、电或热暖气炉、散热器等等；

4、家具台面板、防潮防腐板等；

C 、工业防腐防磨材料领域

1、化工耐磨防腐：防腐蚀地面、酸碱槽罐、泵基础、输送腐蚀性液体中作管道和槽等；

2、钢铁行业：高炉混料仓、烧结料仓、焦仓、给料机、制球机、冲渣沟等；

3、煤炭行业：矸石仓、煤仓、介质桶、浓缩池、刮板机、斗提机、溜槽、旋流器分煤箱、筛下漏斗等耐磨衬板；

4、发电行业：卸煤沟、煤斗、炉前仓、干煤栅、翻车机、捞渣机、除硫系统的石灰仓、烟道、水处理等；

5、循环流化床锅炉：各种高强耐磨料、衬板等

D 、机械力学、电力工程、电子技术、光学领域

1、机械力学材料：活塞、旋转叶片、吹具、轴承、阀门及

管道的制造上，同时也用在轮船、飞机、火箭、人造

卫星的结构材料上；

2、用作热交换材料：导热散热性能好，耐温，易清洗，温度软化点高且不易变形等等；

3、绝缘材料：高频绝缘板槽、高压绝缘管等等 ；

4、电子与微电子材料：制作电路基板、极性微晶材料、弥散性云母微晶玻璃； 微晶玻璃洗浴台面板

微晶玻璃板

微晶玻璃制品

5、“光敏性”微晶材料：具有“显影”作用；

6、锂系微晶玻璃：制造光纤接头、天文上镜体

E、生物医学材料领域

1、钙铁硅铁磁体微晶玻璃具有良好的生物活性和强磁性能，起到人体骨骼和温热治癌作用；

2、磷酸盐多孔微晶玻璃具有抗菌作用和具有生物梯度的生物微晶玻璃材料；

3、云母为主晶相的微晶玻璃已成功地应用于脊骨和牙齿的替代物；

4、利用抗热冲击微晶玻璃的红外辐射在医疗保健产品中的应用；

5、载有银离子以ＬｉＴｉ２（ＰＯ４）３骨架磷酸盐多孔微晶玻璃在抗菌剂方面的应用；

6、氧化锆增韧的ＣａＯ-Ａｌ２Ｏ３-ＳｉＯ２系微晶玻璃有望作为一种新型的牙科材料。

E、其它：

微晶玻璃在航空、核工业、火箭等方面用作工程结构材料。核工业方面，微晶玻璃被用于制造原子反应堆控制棒上的材料、反应堆密封剂、核废料存储材料等方面。另外，１９７７年Ｓｃｈａｒｃｈ，ＫＥ和Ａｓｈ－ｂｅｅ·ＫＨＧ发现云母微晶玻璃有记忆效果，开辟了微晶玻璃在记忆材料领域的应用。航天飞机天线外罩、激光陀螺仪上的谐振腔体等。

三、微晶材料的制备原理

微晶材料是由某些特定配方组成的各种硅酸盐原料（包括矿产原料、矿渣废渣原料、化工原料、晶核剂、添加剂、澄清剂等等），通过特定的温度制度或(和)光照（称光敏）处理受控微晶化而形成的具有特定优异性能的微晶相和残余硅酸盐相组成的多相固体材料。特定配方组成的各种硅酸盐原料加入一定量的晶核剂（有时也不加），再经加热（称热敏）或(和)光照（称光敏）处理，使其熔融体内均匀地析出大量细小的微晶体，而制成的透明或不透明材料。微晶材料制造过程中的晶化与普通生产中的析晶缺陷（或称失透）是不同的，在微晶材料中，晶相是全部从一个相对均匀玻璃态相中通过受控晶体生长而产生的，其余为剩余硅酸盐填充物。微晶化的过程主要就是熔化、核化、晶化、微晶化“四化”过程。

1、熔化

特定配方组成的各种主体硅酸盐配合料，在特定的熔制温度下（一般在1500℃左右），熔化、澄清，确保熔化质量至为重要，是后面核化晶化的基础，随后冷到适宜温度及粘度，采用适当的成形方法做好核化晶化前的备料。

2、核化和晶化

传统的玻璃概念上是一种亚稳态体，或者有人称之为过冷液体。熔体在冷却时释放出热量，熔体内的质点（原子、分子、离子）在冷却到一定的温度时，其结构进行相应的调整与重排，以达到该温度下的平衡结构，同时释放能量，这一过程被称为结构松弛。结构的调整与重排能否达到该温度下的平衡取决于结构的调整速度，即由结构松弛所需时间的长短来决定。结构松弛时间的快慢与熔体的粘度相关，粘度越小结构松弛时间就短，结构的调整速度越快。所以熔体的冷却时如果结构的调整速度大于冷却速度，熔体冷却时就能够达到平衡结构，所得材料呈现晶体。反之，如果结构的调整速度小于冷却速度，熔体结构来不及进行调整，结构失去平衡，结果所得材料呈现过冷液体，即玻璃体。