微晶玻璃技術

發(fā)展史/1

第1章　微晶玻璃設計的基本原理/4
1.1 微晶玻璃的優(yōu)點 4
1.1.1 工藝特性 5
1.1.2 熱學特性 5
1.1.3 光學特性 6
1.1.4 化學特性 6
1.1.5 生物學特性 6
1.1.6 力學特性 6
1.1.7 電學和磁學特性 6
1.2 設計因素 7
1.3 晶體結構和礦物學特性 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力學 37
1.4.4 成核理論在微晶玻璃研發(fā)中的應用實例 39
1.4.4.1 整體成核 39
1.4.4.2 表面核化 43
1.4.4.3 時間-溫度-轉變(TTT)相圖 45
1.5 晶體長大 46
1.5.1 初次生長 47
1.5.2 各向異性生長 49
1.5.3 表面生長 53
1.5.4 樹狀和球狀晶化 54
1.5.4.1 現(xiàn)象學 54
1.5.4.2 樹狀和球狀晶體的應用 56
1.5.5 二次長大 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 化學計量組成 58
2.1.1.2 非化學計量多成分組成 60
2.1.2 SiO2-BaO (硅鋇石) 68
2.1.2.1 化學計量二硅酸鋇 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-長石-鋇長石) 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同時發(fā)生 128
2.4.6.2 從無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% (質量分數(shù))ZrO2 的微晶玻璃 149
2.6.6.2 含有20% (質量分數(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　微觀結構控制/156
3.1 固相反應 156
3.1.1 等化學相變 156
3.1.2 相間反應 157
3.1.3 溶出 157
3.1.4 利用相圖預測微晶玻璃的聚集 157
3.2 微觀結構設計 158
3.2.1 納米晶體微觀結構 158
3.2.2 細胞膜微觀結構 159
3.2.3 海岸線-島狀微觀結構 161
3.2.4 樹枝狀微觀結構 162
3.2.5 殘留微觀結構 165
3.2.6 “卡片屋”結構 165
3.2.6.1 成核反應 166
3.2.6.2 初級晶相形成和云母析出 166
3.2.7 卷心菜頭結構 168
3.2.8 針狀互鎖結構 171
3.2.9 薄片狀雙晶結構 173
3.2.10 晶體優(yōu)先取向 174
3.2.11 晶體網(wǎng)狀微觀結構 176
3.2.12 天然材料舉例 176
3.2.13 納米晶 178
3.3 關鍵性能的控制 179
3.4 方法和測試 180
3.4.1 化學系統(tǒng)和晶相 180
3.4.2 晶相測定 180
3.4.3 晶體形成的動力學過程 181
3.4.4 微觀結構測定 184
3.4.5 力學、光學、電學、化學和生物學性能 185
3.4.5.1 微晶玻璃的光學性能和化學組成 186
3.4.5.2 微晶玻璃的力學性能和微觀結構 186
3.4.5.3 電學性能 187
3.4.5.4 化學性能 187
3.4.5.5 生物學性能 188

第4章　微晶玻璃的應用/189
4.1 技術應用 189
4.1.1 雷達罩 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 磁盤基片 199
4.1.5 液晶顯示 201
4.2 日用品應用 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 光學應用 206
4.3.1 望遠鏡 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)光微晶玻璃的應用 210
4.3.3.1 太陽能集光器的Cr摻雜莫來石 210
4.3.3.2 用于可調激光器和光存儲媒介的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 光學元件 225
4.3.4.1 用于光纖布拉格光柵無熱化微晶玻璃 225
4.3.4.2 光學光柵和波導的激光誘導晶化 230
4.3.4.3 光學連接器的微晶玻璃套圈 231
4.3.4.4 可控紅外線吸收和微波敏感性透明ZnO微晶玻璃的應用 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 牙科修復用微晶玻璃 236
4.4.2.1 無金屬修復劑用可模塑微晶玻璃 237
4.4.2.2 無金屬修復劑可加工微晶玻璃 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 電子和電學應用 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 應用 258
4.6 建筑應用 259
4.7 涂層和焊接 261
4.8 新能源應用 262
4.8.1 鋰電池組成 262
4.8.1.1 負極 262
4.8.1.2 電解質 263
4.8.2 固體氧化物燃料電池的連接材料 263

后記　未來發(fā)展方向/264

附錄　23種晶體結構的21張圖/265

參考文獻/278