幾種用于微晶玻璃的成核的成核劑類型

影響金屬核化能力的幾個主要因素如下：

①     晶格常數相近：一般認為，金屬顆粒誘導析晶時，只要金屬和誘導的晶核間的晶格數之差不超過10%~15%，就會因外延（或稱附生）作用而成核。

②     金屬顆粒的大小對核化能力有重要影響：一般當晶體顆粒達到一定大小時，才能誘導主體玻璃析晶。例如在Li₂O-SiO₂玻璃中，只有當金屬顆粒達到8.0nm時，才能使玻璃發生結晶。因為核粒小，曲率半徑就小，核化結晶的應力增大，給主體玻璃的核化結晶代理困難。

（2）氧化物：這類成核劑有TiO₂、P₂O₅、ZrO₂和Cr₂O₃等，其中TiO₂、ZrO₂、P₂O₅是目前微晶玻璃生產中最常用的成核劑。它們共同的特點是，陽離子電荷高、場強大，對玻璃結構有較大的積聚作用。其中P⁵⁺由于場強大于Si⁴⁺，有加速玻璃分相的作用。而Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等由于場強小于Si⁴⁺，當加入少量時又有減弱玻璃分相的作用，因此它們的成核機理不同。TiO₂的成核機理比較復雜，目前尚未徹底弄清。一般認為在核化過程中，首先析出富含鈦氧的液相（或玻璃相）。它是一種微小（約5.0nm）的懸浮體，在一定條件下（如熱處理）將轉變為結晶相，進而使母體玻璃成核和長大。X射線衍射證明，在含鈦的MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃中析出的懸浮體是鈦酸鎂。其它一些含鈦玻璃（如Na₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃），分相后的析出物都不是單純的TiO₂，而是一種鈦酸鹽。

Ti⁴⁺在玻璃結構中屬于中間體陽離子，在不同的條件下它可能以六配位【TiO₆】或四配位【TiO₄】狀態存在。在高溫下（由于配位數降低）Ti⁴⁺可能以四配位參加硅氧網絡，而與熔體產生良好的混熔。當溫度降低，鈦將由鈦氧四面體轉變為低溫的穩定狀態——鈦氧八面體，這時由于【TiO₆】與【TiO₄】結構上的差別，TiO₂就會與其它RO類型的氧化物一起從硅氧網絡中分離出來（分液），并以此為晶核，促使玻璃微晶化。

TiO₂有縮小Na₂O-SiO₂玻璃不混溶區的作用。TiO₂在一定程度有減小玻璃分相的作用，因此TiO₂不可能通過分相來促使玻璃的核化。

P₂O₅是玻璃形成體氧化物，對硅酸鹽玻璃具有良好的成核能力，常與TiO₂、ZrO₂工業或單獨用于Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、Li₂O-MgO-SiO₂和MgO-Al₂O₃-SiO₂等系統微晶玻璃中。

P₂O₅在硅氧網絡中易形成不對稱的磷酸多面體。加之P⁵⁺的場強大于Si⁴⁺，因此它易與R⁺或R²⁺一起從硅氧網絡中分離出來。一般認為P₂O₅在玻璃中的核化作用，來源于分相。因為分相能降低界面能，使成核活化能力下降。

試驗數據表明：P₂O₅能大大提高Na₂O-SiO₂玻璃的不混溶溫度并擴大其不混溶區，這主要是由于晶態AlPO₄與方石英在結構上的相似性所致。

關于ZrO₂的核化作用，一般認為是從母相中析出富含鋯氧的結晶(或生成約5.0nm的富含ZrO₂的微不均勻區)，進而誘導母體玻璃成核。試驗證明：在Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、MgO-Al₂O₃-SiO₂等系統的微晶玻璃中，ZrO₂主要誘導形成主晶相為β-石英固溶體，次晶相位細顆粒的立方ZrO₂固溶體。

ZrO₂在硅酸鹽熔體中溶解度小，一般超過3%（質量分數）就溶解困難而常常從熔體中析出，這是ZrO₂作為成核劑的不利一面。如引入少量P₂O₅能促進ZrO₂的溶解。

（3）氟化物：氟化物是著名飛乳濁劑和加速劑，常用的氟化無有氟化鈣（CaF₂）、冰晶石（Na₃AlF₆）、氟硅化鈉（Na₂SiF₆）和氟化鈣（MgF₂）等。當氟含量大于2%~4%(質量分數)時，氟化物就會在冷卻（或熱處理）過程中從熔體中分離出來，形成細結晶狀的沉淀物而引起不利乳濁。利用氟化物乳濁玻璃的原理，可促使玻璃成核，其中氟化物微晶體就是玻璃的成核中心。氟化物的晶核形成溫度通常低于晶體生長溫度，因此用氟化物核化、晶化的玻璃，包含數量巨大的微小晶體，而不是數量少的粗晶。

F^-半徑（0.136nm）與O^2-半徑（0.14nm）非常接近，因此F^-能取代O^2-而不致影響到玻璃結構中離子的排布。但F^-是-1價，O^2-為-2價，因此兩個F^-取代一個O^2-才能達到電性中和。反映在結構上相當于用兩個硅氟鍵（≡Si­-F）取代一個硅氧鍵（≡Si-O-Si≡）。≡Si-F群的出現，意味著硅氧網絡的斷裂，導致玻璃結構的減弱。

一般認為氟具有減弱玻璃結構的作用，是氟化物誘導玻璃成核長大的只有原因。

近年來新出現的云母形可切削的微晶玻璃，也是利用氟化物作為成核劑的。