微晶玻璃的化學(xué)組成

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(mǎn)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(wú)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(guò)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(lèi)：一類(lèi)是Au、Ag、Cu、Pt、Ru等貴金屬鹽類(lèi)物質(zhì)，當(dāng)這里物質(zhì)與玻璃配合料一起熔融時(shí)，貴金屬元素在高溫時(shí)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(guò)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(shí)現(xiàn)誘導(dǎo)析晶。另一類(lèi)是陽(yáng)離子電荷高、場(chǎng)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(duì)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(wú)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(chǎng)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(lèi)成核劑是氟化鈣（CaF₂）、冰晶石（Na₂AlF₆）、氟硅酸鈉（Na₂SiF­₆）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O^2-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(shí)，氟化物就會(huì)在冷卻（或熱處理）過(guò)程中從熔體中分離出來(lái)，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。