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透光率
微晶玻璃的透光率过低的主要原因是微晶玻璃内部存在晶粒散射,理论上讲,要获得透明微晶玻璃材料,要么减少散射引起的光衰减,要么减少晶粒尺寸。透明微晶玻璃可能的光散射源可实际上,很多玻璃在热处理过程中析晶速度较快,很难通过热处理控制其晶体尺寸,此外,热处理过程中析出晶体的折射率只能在较小的范围内进行调节,同时要求析出晶体的组成与残留玻璃相的组成尽可能一致,对于很多主晶相为非单一晶相的微晶玻璃体系而言,显然是难以做到的。硬度
通过热处理工艺使玻璃中原位析出微纳米晶体,是实现玻璃硬度和耐磨能力提升的重要方法。常见高硬度透明微晶玻璃体系及提高硬度的途径
目前研究较多的高硬度透明微晶玻璃体系主要有以下几种:▼常见透明微晶玻璃组成体系及参数1)LAS体系透明微晶玻璃添加成核剂TiO2、ZrO2制备而成的LAS系微晶玻璃,其热膨胀系数远低于玻璃,且抗弯强度达到550 MPa,大大提升了微晶玻璃的抗热冲击能力,遗憾的是,厚度较大时,光的散射会使微晶玻璃发朦,呈现半透明状态。张金浩等研究的LAS系微晶玻璃添加的成核剂用SnO2 逐步替代 ZrO2,SnO2过量产生的沉淀物可促进晶粒细化,使得微晶玻璃透明度达到最大值84%,维氏硬度提高到 10.9 GPa。2)MAS体系透明微晶玻璃MAS体系微晶玻璃是透明微晶玻璃领域中研究的热点之一,其中以堇青石为主晶相的微晶玻璃因具有优异的力学性能、介电性能较好的化学稳定性而被广泛关注。选择P2O5、ZrO2和SnO2等做晶核剂能显著促进MAS玻璃的结晶,改善玻璃的力学性能,但兼具高力学性能和高透过率(不低于 80%)的堇青石微晶玻璃罕见报道。3)ZAS系透明微晶玻璃ZAS系的透明微晶玻璃具备优异的热稳定性、光学及机械性能,可在光纤、传感器、激光器等结构中得到应用。通过熔融法及两步热处理可制备出可见光区透过率为87%的ZAS系的透明微晶玻璃;或者将ZnO取代MgO,这样可提升整体的析晶度,透光率也会增大;2022年易兰林等通过在结晶过程中施加电场的方式来提高透光率及硬度。4)NCS系透明微晶玻璃钠钙硅体系的透明微晶玻璃具有高透明度、高析晶度的特点,同时由于其熔制温度相对较低,因而可以通过稀土离子掺杂实现优异的发光性能,可作为激光介质材料在大功率固体激光器、空间太阳能等应用领域。NCS系透明微晶玻璃的显微硬度虽然可以通过各种掺杂及热处理工艺的优化来提升,但是该体系所析出的主晶相本身显微硬度就低,所以很难获得高硬度的透明微晶玻璃材料。5)氧氮微晶玻璃氧氮微晶玻璃最大特点是硬度非常高,在透明装甲中可得到实际应用,但在可见光区的透过率不是太高,呈现灰白色或浅黑色的半透明状。罗志伟等在硅酸盐玻璃中引入氮气,经过热处理制备出Al6O3N4半透明氧氮微晶玻璃。高硬度透明微晶玻璃应用
透明装甲
复合透明装甲结构示意图
移动设备
结语
目前大部分微晶玻璃的透明度与显微硬度依然很难完美兼顾,尽管存在一定数量可被查阅的高硬度透明微晶玻璃相关的研究成果,但也依然不能满足市场需求。其制约原因诸多,高析晶度高透过率微晶玻璃的制备较难,低析晶度又无法保证为微晶玻璃的耐磨性;另外,透明微晶玻璃的制备原料大多使用分析纯或化学纯原料,成本较高。在未来,如何将微晶玻璃做到又透又硬,仍是一个不小的挑战。来源:
孔勇等人:高硬度透明微晶玻璃的研究进展与应用.陶瓷学报
郑宏伟等人:晶核剂对透明堇青石微晶玻璃析晶与性能的影响.硅酸盐通报
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第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会
在半导体芯片设备中,精密陶瓷零部件的成本约占10%左右,当前市场基本被美国、日本等发达国家垄断。如何实现光刻机等半导体设备中先进陶瓷部件的国产化,解决当前芯片行业“卡脖子”问题的重要一环,也是国内先进陶瓷企业面临的巨大机遇与挑战。 同时,随着新能源汽车、5G、人工智能、物联网等行业的蓬勃发展,以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料产业规模不断扩大,先进陶瓷在半导体行业将迎来更大的应用市场。 在此背景下,第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会将在江苏苏州举办,旨在为半导体和先进陶瓷行业搭建沟通平台,交流先进技术,互通行业信息,促进产业链合作,推动国产替代进程。 会议热诚欢迎行业专家、学者、技术人员、企业界代表出席,同时欢迎公司、企事业单位展示技术成果,洽谈产、学、研合作。会务组
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