微晶玻璃的化學(xué)組成分析

微晶玻璃(CRYSTOE and NEOPARIES)又稱微晶玉石或陶瓷玻璃。是綜合玻璃，是一種外國剛剛開發(fā)的新型的建筑材料，它的學(xué)名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我們常見的玻璃看起來大不相同。它具有玻璃和陶瓷的雙重特性，普通玻璃內(nèi)部的原子排列是沒有規(guī)則的，這也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一樣，由晶體組成，也就是說，它的原子排列是有規(guī)律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韌性強(qiáng)。

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微晶玻璃的化學(xué)組成包括基礎(chǔ)玻璃成分和成核劑兩部分。為了滿足玻璃的形成和工藝要求，基礎(chǔ)玻璃成分一般都含有一定量的SiO2、B2O3、P2O5和以【AlO4】形式存在的Al2O3等玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體，以【AlO6】形式存在的Al2O3和ZnO等玻璃網(wǎng)絡(luò)中間體及包括堿金屬與堿土金屬氧化物在內(nèi)的玻璃網(wǎng)絡(luò)調(diào)整體。而為了獲得無氣泡的基礎(chǔ)玻璃，通常在基礎(chǔ)玻璃組分中引入一定量的澄清劑(如Na2SO4/C、Sb2O3、Na2SiF6等)。

此外，為了誘導(dǎo)或促進(jìn)基礎(chǔ)玻璃在熱處理過程中的晶核形成，促進(jìn)玻璃的整體晶化，通常需要引入成核劑。根據(jù)基礎(chǔ)玻璃成分，可將微晶玻璃分為硅酸鹽、鋁硅酸鹽、硼硅酸鹽、硼酸鹽和磷酸五大系統(tǒng)。成核劑可以分成三大類：一類是Au、Ag、Cu、Pt、Ru等貴金屬鹽類物質(zhì)，當(dāng)這里物質(zhì)與玻璃配合料一起熔融時，貴金屬元素在高溫時以離子狀態(tài)存在，而在低溫下則分解還原成貴金屬原子，這些原子經(jīng)過一定的熱處理將在玻璃結(jié)構(gòu)中形成高度分散的金屬晶體顆粒，從而實現(xiàn)誘導(dǎo)析晶。另一類是陽離子電荷高、場強(qiáng)大、積聚作用強(qiáng)的氧化物，如ZrO2、TiO2、P2O5等，這三種物質(zhì)對玻璃的成核作用有所不同。

一般認(rèn)為，ZrO2的成核作用是先從母體玻璃中析出富含鋯氧的微不均勻區(qū)，進(jìn)而誘導(dǎo)母體玻璃成核;TiO2的成核作用是先從母體玻璃中析出富含鈦酸鹽相(無定形態(tài))，在一定條件下，這種液相將轉(zhuǎn)變成結(jié)晶相，進(jìn)而使母體玻璃形成晶核;P2O5與前兩種成核劑的作用機(jī)制不同，由于P5+的場強(qiáng)比Si4+大，有加速硅酸鹽玻璃分相的作用，從而促使玻璃核化。ZrO2、TiO2與P2O5是制備微晶玻璃最常用的三種成核劑，除此之外，Cr2O3、Fe2O3等也可作為成核劑使用，但由于它們能使玻璃著色，故很少采用。還有一類成核劑是氟化鈣(CaF2)、冰晶石(Na2AlF6)、氟硅酸鈉(Na2SiF-6)和氟化鎂(MgF2)等氧化物。一般認(rèn)為氟的加入起減弱玻璃結(jié)構(gòu)的作用，用F-取代O2-造成硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的斷裂，這是氟化物誘導(dǎo)玻璃成核的主要原因。另外，當(dāng)氟含量大于2%~4%時，氟化物就會在冷卻(或熱處理)過程中從熔體中分離出來，形成細(xì)結(jié)晶狀的沉淀物而引起玻璃乳濁(分相)，從而促使玻璃成核。