文 献 综 述

1.前言

微晶玻璃是通过加入晶核剂等方法，经过热处理过程在玻璃中形成晶核，再使晶核长大而形成的玻璃与晶体共存的均匀多晶材料，又称为玻璃陶瓷^[1]。微晶玻璃的结构和性能与陶瓷、玻璃均不同，性质是由晶相的矿物组成与玻璃相的化学组成以及它们的数量决定的，因而集中了陶瓷和玻璃的特点，在内部结构、制备方法和性能等方面有很多优点。是一类特殊的材料。迄今，微晶玻璃作为结构材料、光学材料、电学材料、建筑材料等广泛应用于国防尖端技术、工业、建筑及生活的各个新的应用领域^[2]。近年来对微晶玻璃的研究开发和应用十分活跃，己成为新型陶瓷材料开发应用热点之一^[3-5]。

从八十年代至今，特别是在九十年代，人们对微晶玻璃制备技术的研究取得了瞩目的成就，开发了新的工艺，如溶胶-凝胶法、烧结法等。自从把受控析晶技术应用于生产实际中以来，已有众多的微晶玻璃系统被开发利用。目前，还开发了比上述三元系统更为复杂的多元系统，以使材料获得某些特殊功能。

其中Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃因其具有极低的热膨胀系数、低介电损耗等优点而广泛应用于微电子、光学仪器、现代科技及国防军工等尖端技术领域，成为使用范围最广泛的新型材料。因此，Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃一直是人们的研究热点。然而Li₂O-Al₂O₃-SiO₂微晶玻璃熔化温度高，抗弯强度低^[6-8]，为达到在降低其熔点的同时提高微晶玻璃强度的效果，人们试图通过同时加入CaO，MgO等氧化物，得到锂辉石--透辉石复相微晶玻璃，其形成的堇青石具有地膨胀性，形成的透辉石具有很高的机械强度。得到具有易熔制、低膨胀和高强度等性能的微晶玻璃制品^[9]。本文主要研究的就是热处理制度对Li₂O-CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂系微晶玻璃的影响。

2.微晶玻璃简介

微晶玻璃又称陶瓷玻璃，微晶陶瓷^[10]，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。这类材料是由大比例的（典型为95~98%体积）很小的晶体（通常小于1微米）和少量参与玻璃相所组成的无孔复合体^[11]。微晶玻璃是控制晶化获得的一类多晶材料,其微观组织由细小晶体及残余玻璃相组成，原则上不存在气孔。控制晶化依赖于有效的成核^[12],一般情况下，成核是非均匀的，晶相从预先存在的成核剂粒子表面形成并长大，分相往往是成核过程的第一步^[13]。能够形成微晶玻璃的硅酸盐大致可分为三类：架状硅酸盐、片状硅酸盐、链状硅酸盐。每种都具有其特定的组成及结构和性能特点。

玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它是一种亚稳态，较之晶态具有较高的内能，在一定的条件下，可转变为结晶态。从动力学观点看，玻璃熔体在冷却过程中，黏度的快速增加抑制了晶核的形成和长大，使其难以转变为晶态。微晶玻璃就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件而获得的新材料。

微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃^[14]。微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。

尽管微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃和陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多相特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，成为一类独特的新型材料。

微晶玻璃具有很多优异的性能，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。如热膨胀系数可在很大范围内调整（甚至可以制得零膨胀甚至是负膨胀的微晶玻璃）；机械强度高；硬度大，耐磨性能好；具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；软化温度高，即使在高温环境下也能保持较高的机械强度；电绝缘性能优良，介电损耗小、介电常数稳定；与相同力学性能的金属材料相比，其密度小但质地致密，不透水、不透气等。并且微晶玻璃还可以通过组成的设计来获取特殊的光学、电学、磁学、热学和生物等功能，从而可作为各种技术材料、结构材料或其他特殊材料而获得广泛的应用。