玻璃陶瓷的研究與發展*

劉道春 崔利軍

(湖北十堰市順達化工材料開發公司 湖北 十堰 442001)

前言

現代科學與技術對材料提出了更高的要求,具有特殊性能的新型材料備受青睞。其中，結構與性能優良的玻璃陶瓷越來越受到人們的重視。玻璃陶瓷是通過控制玻璃體析晶而獲得的多晶陶瓷材料。它兼有玻璃和陶瓷的優點，在熱學、化學、生物學、光學以及電學性能方面往往優于金屬及有機聚合物材料。20世紀50年代中期,著名的玻璃化學家和發明家S.D.Stookey首先制得玻璃陶瓷。幾十年來,玻璃陶瓷的研究取得了進一步發展，目前被專家譽為21世紀的新型陶瓷材料，因此受到了業內人士的廣泛關注。

1 玻璃陶瓷的功能、種類及應用領域

顧名思義,玻璃陶瓷是屬于無機玻璃和陶瓷之間的一類材料。玻璃陶瓷可高度晶化,也可含有大量玻璃相,但至少應含有一種玻璃相和一種晶相。新晶相是直接從玻璃相中生長出來的,析晶過程中玻璃相組成不斷發生變化。玻璃陶瓷又稱微晶玻璃，是經過高溫融化、成形、熱處理而制成的一類晶相與玻璃相結合的復合材料。玻璃陶瓷是玻璃在催化劑或晶核形成劑作用下結晶而成的多晶的新型硅酸鹽材料，為晶相和殘余玻璃相組成的質地致密、無孔、均勻的混合體。通常晶體的大小可自納米至微米級，晶體數量可達50%～90%。

玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷三者都是無機非金屬材料，但并非都是硅酸鹽材料。因為現在功能玻璃材料，有很多已經摒棄了傳統的硅酸鹽或者石英，而是轉向氟化物、磷酸鹽、硫族化合物、重氧化物等方面；功能陶瓷材料則更是如此，很多與硅酸鹽材料不沾邊。

玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷三者不同之處在于：玻璃是一種無定形、非晶態的無機材料，其歷史至少可追溯到4000年以前，最近幾十年,玻璃工業有了較大的發展。目前，世界范圍內的玻璃工業每年大約創造1 000億美元的產值。玻璃是單一玻璃相構成，但有個別特殊玻璃，為追求特殊裝飾效果，會有氣孔或乳濁；燒成溫度一般較陶瓷高，燒成后一般需要熱處理；抗壓(應力)不抗張(應力)、脆性大、耐化學腐蝕；各向同性；如一般玻璃，配方則有石英、長石(氧化物)、澄清劑構成。

與玻璃材料相比,陶瓷是一種產品種類更加豐富的無機材料，在結構上也是更加有序。玻璃和陶瓷是不可分割的兩類材料,被稱為孿生姊妹,它們有相似的生成原理、原材料和生產工藝,而且都是經過高溫處理而制得的。在一些工業中,玻璃和陶瓷這兩個材料名詞被互換使用,如陶瓷的玻璃相也稱作陶瓷釉;在生物陶瓷的結構中,既有陶瓷的結構特點,也有玻璃的結構特點。在工業生產也有相同的認識,例如:在陶瓷領域所學的知識可以很好地,甚至是必須地被使用來解決玻璃生產中所遇到的問題,而且往往會收到意想不到的神奇效果。陶瓷相組成包括晶相、玻璃相和氣孔相；燒成溫度一般較玻璃材料低；絕大多數呈各向異性；機械性能好(耐磨、抗折強度高、但一般陶瓷彈性系數低)、介電性能好、耐化學腐蝕；如傳統陶瓷，配方則有石英、長石、粘土構成。

玻璃陶瓷的晶相和玻璃相復合的材料，也叫微晶玻璃。一般都是由玻璃再加工制成。也就是說，通過特殊熱處理或者特殊燒結(比如CO2激光熔融)、制造工藝(比如SOL-GEL)，在玻璃基質中生長出晶體。玻璃陶瓷的特點是玻璃和陶瓷性能相兼容，所以應用空間很大。

功能玻璃陶瓷材料是通過控制析出晶體的特性，使其成為具有壓電、鐵電、半導、電光等各種特性的材料，但易出現功能晶體析出量不夠，出現性能產生“稀釋”效應。因此，如何提高功能晶體的晶化率和使材料盡可能為單一相，是材料學科專家研究的前沿課題。

硫系玻璃具有優良的透紅外特性，可以透過10 μm以上的光波，能與CO2激光匹配。但它的低軟化溫度和低強度，局限了實際應用。因此，制備功能陶瓷是改善這些性能的有效途徑。以As-Ce-Se為基的玻璃陶瓷，析出的主晶相為CeSe2與SnSe，與原始玻璃相比，其透紅外特性基本不變，而屈服點由420 ℃提高到505 ℃，斷裂韌性達1.28 MPam1/2。

鐵電與鐵磁鐵玻璃陶瓷絕大部分屬于硼酸鹽系統，包括BaTiO3、PbTiO3、Ca、Sr、Ba的鐵氧體，含釔鐵石榴石晶體的材料等，若在組成中同時析出鐵氧體和云母晶體，則可以形成可切削鐵磁性玻璃陶瓷。這類材料主要用于癌癥治療和作低溫傳感器。

摻Cr3+的透明玻璃陶瓷材料運用了透明玻璃陶瓷的透明性及Cr3+的熒光特性。可制成寬帶的四能級可調激光器；運用Cr3+在可見光區有寬廣的吸收，可以制造太陽能集光器。目前專家們正在研制摻Cr3+的莫來石、β-石英固溶體、透鋰長石等多種透明玻璃陶瓷。

在玻璃陶瓷出現之前，人們并未認識到它的重要性，只是在玻璃陶瓷出現之后，才吸引了廣大科學工作者從事這方面的研究工作。在世界性廣泛研究的基礎上，又發現玻璃在晶化前往往伴隨著玻璃中液相分離這一現象，從而更加豐富了這一領域的研究內容，使得玻璃相變以及它們之間的相互關系成為近代玻璃科學中極為重要的研究課題之一。盡管玻璃陶瓷的興起加深了對玻璃相變的認識，但至今對玻璃相變的許多問題仍缺少定量描述，這妨礙了具有預期性能的玻璃陶瓷的定向設計。

按成核或晶化處理不同分為光敏和熱敏微晶玻璃等。可用于制作電路板、電荷存儲管、光電倍增管的屏、導彈彈頭、雷達天線罩、軸承、泵、反應堆中子吸收材料、絕緣支柱等。

透明玻璃陶瓷在大型望遠鏡鏡坯、液晶顯示、太陽能電池和光子學器件方面應用前景廣闊。此外，透明玻璃陶瓷的出現賦予了激光介質材料新的研究內容，有望替代單晶和玻璃在微芯片激光器、光纖放大器和高功率二極管抽運固態激光器等，在光學領域得到應用。

2 玻璃陶瓷的典型結構和性能特點

玻璃陶瓷在特殊領域中的優勢。低膨脹和可調節膨脹的玻璃陶瓷具有很高的熱穩定性，使它成為制造炊具的理想材料，到目前為止這還是玻璃陶瓷最大的應用領域。低膨脹或零膨脹玻璃陶瓷對溫度變化特別不敏感，這類材料適合隨要求溫度改變，而尺寸穩定的應用范圍中。玻璃陶瓷有膨脹系數，可以在很大范圍內使它和多種金屬封接而成為焊料。透射電磁波的玻璃陶瓷電磁波譜包含相當寬的頻率范圍，玻璃陶瓷有很多部分波的傳輸，具有相當大的潛力。用于微電子技術的耐火玻璃陶瓷，大多數耐高溫能力比燒結陶瓷差，以等離子或弧焙能獲得更高的溫度，但這些技術僅限于有限組成。鎂鋁硅酸鹽類材料如鋇硅酸鹽類能經受超過1 000 ℃的溫度，最大改進是在選擇組分中引入氮。

玻璃陶瓷的最大優點是它具有其它材料所不具備的多種特殊微結構。不同的顯微結構可通過控制成核、結晶以及選擇不同的母玻璃組分來實現。多孔薄膜顯微結構類似于生物細胞結構,構成細胞的細胞膜起隔離其他細胞和保護胞內物質的作用。同樣地,多孔薄膜結構是由玻璃包裹住似細胞的晶體,玻璃基質很薄,圍繞在晶體周圍,使其相互分離,并阻礙其產生擴散,起到多孔膜的作用,故此得名。枝狀結構是指晶體主要沿單軸方向生長,并不時分出短而平行的枝杈,實質上是一種骨架結構。光敏玻璃陶瓷中的二硅酸鋰是最早研制成功的具有枝狀顯微結構的晶體。遺留顯微結構的玻璃陶瓷結構之所以這樣命名,是因為在分相后基質玻璃的結構，很大程度地被保留在玻璃陶瓷中,換而言之,非晶相轉變為晶相時,幾何排列并未發生改變.該結構特點使材料具有玻璃的特殊性能,如高度透光性能。莫來石玻璃陶瓷具有典型的遺留顯微結構。薄層雙晶結構是指通過控制在玻璃陶瓷顯微結構中形成的孿生晶體。玻璃陶瓷冷卻過程中,即熱處理后,在硅酸鹽晶體中形成雙晶.頑火輝石具有薄層雙晶顯微結構。

納米晶體指晶粒尺寸低于100 nm的晶體，尖晶石和β2石英固溶體玻璃陶瓷是典型的納米微晶結構。由于其晶粒尺寸遠低于可見光波長,因此此類玻璃陶瓷高度透明。

玻璃陶瓷具有機械強度高、熱膨脹性能可調、耐熱沖擊、耐化學腐蝕、低介電損耗等優越性能,被廣泛用于機械制造、光學、電子與微電子、航天航空、化學、工業、生物醫藥及建筑等領域。由于玻璃陶瓷面板的制造工藝復雜、技術要求高，高質量玻璃陶瓷生產工藝及控制技術基本上被國外所壟斷,國內玻璃陶瓷生產工藝普遍存在品質差、成品率低等問題。具有高機械強度、低電導率、高介電常數、良好的機械加工性能、耐化學腐蝕性、熱穩定性等。這些性能取決于晶體種類、數量以及剩余玻璃相的組成和性能,并和晶化條件等密切相關。

玻璃陶瓷的性能主要是由主晶相決定的。玻璃陶瓷可機械加工、車削、研磨、鉆孔。

玻璃陶瓷材料熱性能可實現低膨脹甚至零膨脹。該性能使其在工業和家用廚具上得到廣泛應用;零膨脹玻璃陶瓷還可用作大型反射鏡鏡坯。既然玻璃陶瓷是無孔的,又含有玻璃相,光學性能通常呈現半透明外觀,有的甚至高度透明。當然,不透明玻璃陶瓷的生產也是可能的,這取決于晶體類型和材料顯微結構;另外,摻稀土元素的玻璃陶瓷還具有發光性能。

玻璃陶瓷的化學性能,包括再吸收能力及化學穩定性，都可通過控制晶相和玻璃相的組成以及兩者之間的相界面來實現。盡管玻璃陶瓷尚未達到金屬合金的彎曲強度,但其彎曲強度已能達到500 MPa，玻璃陶瓷機械性能的硬度有了很大的提高。

玻璃陶瓷具有生物相容性，已在人類醫藥和牙科醫學中得到應用；目前已開發出具有高離子導電性甚至超導性能的玻璃陶瓷。

玻璃陶瓷的最大優點是它具有其他材料所不具備的多種特殊顯微結構。此外，玻璃陶瓷的制備工藝技術簡單、成本低，可工業化、大規模生產。不同的顯微結構可以通過控制成核、結晶以及選擇不同的基質玻璃組分來實現。玻璃陶瓷的性質主要由析出晶相的種類、晶粒大小、晶化率、殘余玻璃相的種類及比率等來決定。而這些因素又取決于玻璃的組成及熱處理制度。另外，晶核劑的使用是否恰當，對玻璃的微晶化起著關鍵作用。正是由于玻璃陶瓷的上述特點，才使它無論在玻璃工業的發展上，或者是對玻璃科學的促進上，都取得了可喜的成就。玻璃是一種高粘度的過冷液體，這為研究其在晶化過程中的成核和生長提供了非常合適的介質。玻璃陶瓷的出現，不僅提供了一種性能優越、應用廣泛的新材料，而且還開拓了玻璃晶化行為的基礎研究新領域，從而使其成為研究力學性質和電學性質的新材料。

3 玻璃陶瓷的配方及合成工藝

陶瓷玻璃具有機械強度高、熱膨脹性能可調、耐熱沖擊、耐化學腐蝕、低介電損耗等優越性能。其具有高機械強度、低電導率、高介電常數、良好的機械加工性能、耐化學腐蝕性、熱穩定性等。這些性能取決于晶體種類、數量以及剩余玻璃相的組成和性能，并和晶化條件等密切相關。玻璃陶瓷的配方及合成工藝條件應滿足：玻璃容易熔制且不被污染；在熔制和成形過程中不析晶；成形后的玻璃有良好的加工性能；在晶化熱處理時，能迅速實現整體析晶；制品能滿足設計的理化性能要求。

在玻璃陶瓷組成設計中要考慮2個方面問題：

1)既要使玻璃較易熔制而且在成形過程中保持穩定不析晶，又要在以后的熱處理過程中易于整體析晶。因此在組成設計時，必須使玻璃具有適當的粘度一溫度曲線。首先是玻璃的成形溫度(ts)必須在其液相線溫度(tl)之上，最好在此溫度以上80～100 ℃，使玻璃在倒料成形時不至于發生晶化；

2)使制品在晶化過程中的變形盡可能小。玻璃體冷卻的初始階段，溫度較高，晶體生長速率較大，但晶核形成速率較小，故不易析晶；反之，當溫度過低時，雖然晶核形成速率較大，但晶體生長速率很小，熔體粘度又大，也不易析晶。一般通過調整玻璃的化學組成與添加適當種類、數量的晶核劑，再經過特殊的熱處理工藝可以達到晶化目的。

玻璃陶瓷需根據要求的功能和性質確定晶相及形貌，然后根據晶相在相圖上選擇合適的成分。組成和顯微結構是玻璃陶瓷成分設計的2個主要因素。主成分決定玻璃形成能力和性能，也是內部成核或表面成核的決定因素。只有在一定范圍的組成才能合成出合乎性能要求的玻璃陶瓷。對于具有機械和光學性能的玻璃陶瓷來說，顯微結構更是關鍵影響因素。但顯微結構不是獨立的變量，它與主成分一和微晶相聚集情況有關，不同的熱處理也會大大地影響材料的顯微結構。

晶核劑及其作用機理的研究是玻璃陶瓷組成研究的另一重要課題，控制晶核形成過程的方法是向玻璃中添加晶核劑，其作用是形成晶核和加速析晶過程。一般來說，晶核劑和初晶相之間的表面張力越小，或它們之間的晶格常數越接近，成核就越容易。良好的晶核劑應具備如下性能：在玻璃熔融、成形溫度下，應具有良好的溶解性，在熱處理時應具有較小的溶解性，并能夠降低成核的活化能；晶核劑質點擴散的活化能要盡量小，使之在玻璃中易于擴散；晶核劑組分和初晶相之間的界面張力愈小，它們之間的晶格參數之差愈小，成核愈容易。復合晶核劑可以起到比單一晶核劑更好的核化效果，主要是起到雙堿效應。

用于玻璃陶瓷的晶核劑有貴金屬鹽類、氧化物、氟化物等類型。目前廣泛用做晶核劑的物質有貴金屬，如金、銀、鉑等，其作用原理是：該類晶核劑在高溫時溶解于玻璃液中，當玻璃熱處理接近轉變溫度時，其在該溫度的溶解度達到飽和，析出膠體狀晶核。貴金屬鹽仍廣泛用于制造光敏玻璃陶瓷。

一般認為，金屬顆粒誘導析晶時，只要金屬和被誘導的晶核間的晶格常數之差不超過10%～15%，就會因外延作用而成核。金屬顆粒的大小對核化能力有重要的影響，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SiO2玻璃中，只有當金屬顆粒達到8 nm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，給主體玻璃的核化和晶化帶來困難。

4 玻璃陶瓷的制備方法及其典型應用

耐高溫玻璃陶瓷是隨著燒結法、溶膠-凝膠法等新工藝，在玻璃陶瓷制備中的應用而發展起來的新材料。當玻璃陶瓷中析出如莫來石、尖晶石、銫榴石等耐高溫的晶體且含量較高時，材料可以耐高溫。如銫榴石玻璃陶瓷中，不僅析出了這種耐高溫微晶，還析出了一些莫來石晶體，而且其殘余玻璃相為晶體所包裹，這種材料可在1400 ℃左右的高溫下使用。傳統的玻璃陶瓷生產工藝存在一定的局限性，隨著特殊性能材料研制的需求，制備工藝需要更新，發展較快的有燒結法和溶膠一凝膠法。

玻璃陶瓷的制備方法主要有熔融法、燒結法、溶膠-凝膠法、二次成形工藝等。

玻璃陶瓷的制備方法最早使用的就是熔融法,現在仍然廣泛使用,其工藝過程為:將各種原料及添加劑混合均勻制成混合料,于1 400～1 550 ℃高溫下熔融,均化后將玻璃熔體成形,經退火后在一定溫度下進行核化和晶化,以獲得晶粒細小均勻且整體析晶的玻璃陶瓷制品。熔融法的最大特點是可沿用任何一種玻璃的成形方法,如壓制、壓延、吹制、拉制、澆鑄等;與通常的陶瓷成形工藝相比,適合制備形狀復雜、尺寸精密的制品,便于機械化、自動化生產;制品致密度高,組成均勻,無氣孔。但采用該法熔制溫度較高,而且制得的玻璃陶瓷的晶相數量取決于基礎玻璃的整體析晶能力和熱處理制度。

傳統的熔融法制備玻璃陶瓷存在一定的局限性,如玻璃熔制溫度高、熱處理時間長,而燒結法則能克服以上缺點。燒結法制備玻璃陶瓷的基本工藝為:將玻璃熔體水淬、磨細后得到玻璃粉末,篩分分級后將玻璃粉末制成生坯;再在一定的溫度下燒結,隨爐冷卻得到樣品。燒結法的特點是基礎玻璃的熔融溫度比熔融法低,熔融時間短;由于玻璃粉末具有較高的比表面積,比熔融法制得的玻璃更易析晶,不必使用核化劑。另外,燒結法制備玻璃陶瓷無需經過玻璃形成階段,因此適于極高溫熔制的玻璃以及難以形成玻璃的玻璃陶瓷的制備,如高溫玻璃陶瓷。目前研究較多的是堇青石、頑火輝石和鋰鋁硅系統的燒結玻璃陶瓷。

玻璃陶瓷材料一般先通過熔融過程形成玻璃態，再進行晶化處理的方法制備，燒結法的優點首先在于不需要通過玻璃形成階段，對難形成玻璃系統和需極高溫熔煉的玻璃制品較為合適，而且它是通過表面或界面晶化而形成玻璃陶瓷，不必使用晶核劑。它對異型、復雜形狀的產品成形特別適用。與相應的陶瓷材料相比，這類玻璃陶瓷具有氣孔率低，強度高等優點，目前研究較多的有堇青石、頑火輝石和鋰鋁硅系統的燒結玻璃陶瓷，此外還可以用經晶化的粉末與其它原料復合，生產具有特殊性能的玻璃陶瓷。

溶膠-凝膠法技術是低溫合成材料的一種新工藝,它最早是用來制備玻璃的,但近十多年來,一直是玻璃陶瓷等先進材料制備技術研究的熱點。其原理是：將組成元素的金屬無機或有機化合物作為先驅體,經過水解形成凝膠,這些凝膠經過烘干成為玻璃粉末并進行成形,再在較低溫度下進行燒結,即制備出玻璃陶瓷。同熔融法和燒結法相比,其優點為:在材料制備的初期就進行控制,材料的均勻性可以達到納米級甚至分子級水平,故可獲得均質高純材料;該法制備溫度比傳統方法大為降低,能有效防止某些組分揮發,能夠制備出成分嚴格符合設計要求的玻璃陶瓷,并可擴展基礎玻璃的組成范圍,制備出傳統方法無法制備的材料，不能形成玻璃的系統，具有高液相組成的玻璃陶瓷以及具有高溫、高強、高韌性等特殊性能的高新技術材料。缺點是成本高、周期長、凝膠在燒結過程中收縮較大、制品易變形。

溶膠-凝膠工藝能制備高均勻度與高純度的材料，與傳統玻璃工藝相比其制備溫度要低得多，并可擴展其組成范圍，制造不能用傳統工藝制備的式樣。現在研究主要集中在高溫、高強和高韌性等特種材料的制備，其研究系統主要集中在CaO-AlO3-SiO2、CaO-SiO2-ZrO2、MSO-Al2O3-SiO2-TiO2等系統玻璃陶瓷。隨著溶膠一凝膠科學技術的發展，玻璃陶瓷材料的研究領域也大大地擴展了，利用溶膠一凝膠方法近年來獲得了一系列重要的玻璃陶瓷材料，尤其在非線性光學、功能材料、電子材料等領域，這些新型材料展示了重要的應用前景和特有的科學研究價值。

5 玻璃陶瓷的應用發展前景

可機械加工的玻璃陶瓷是20世紀70年代初期發展起來，具有不一般的綜合性能新型材料，通過機械加工成尺寸非常精確和樣式多樣的制品,加工后不需任何處理便可使用。由于陶瓷玻璃自身的優勢特點,因此被廣泛用于機械制造、光學、電子與微電子、航天航空、化學、工業及生物醫藥等領域。耐高溫玻璃陶瓷是隨著燒結法、溶膠-凝膠法等新工藝在玻璃陶瓷制備中的應用而發展起來的新材料。當玻璃陶瓷中析出如莫來石、尖晶石、銫榴石等耐高溫的晶體且含量較高時，這種材料可在1 400 ℃左右的高溫下使用。

利用玻璃陶瓷耐高溫、抗熱震、熱膨脹可調等力學和熱學性能,制造出各種滿足機械力學要求的材料；利用云母的可削性和定向取向性制備出高強度和可切削加工玻璃陶瓷。作為機械力學材料的玻璃陶瓷廣泛應用于活塞、旋轉葉片、炊具的制造上,同時也用在飛機、火箭、人造衛星的結構材料上。低膨脹和零膨脹玻璃陶瓷對溫度變化特別不敏感,使其在溫度變化而要求尺寸穩定的領域得到應用,如在望遠鏡和激光器外殼中的應用。近幾年出現了用鋰系玻璃陶瓷材料制造光纖接頭,它與傳統使用的氧化鋯材料相比在熱膨脹系數和硬度方面與石英玻璃光纖更匹配,更易于精密加工,環境穩定性好。稀土離子摻雜的玻璃陶瓷體系作為發光材料，近些年來一直是研究熱點。透明玻璃陶瓷有望替代玻璃和單晶在微芯片激光器、光纖放大器和高功率二極管泵浦固態激光器等光學領域成為新一代光學材料。

玻璃陶瓷因其高強度、封閉氣孔、低吸水性和熱導性、質輕等特點，可用作結構材料和熱絕緣材料。由于玻璃陶瓷的微觀結構對其力學性能有很大影響，可用控制結構來改善性能，如交織結構可以提高強度和韌性；采用溫度梯度、熱擠壓等方法使晶體定向生長、也能大幅度提高力學性能，如以CaO-P2O5為基的玻璃陶瓷中析出定向微晶，其抗折強度可達700 MPa，而且斷裂韌性也顯著提高；復合材料是提高玻璃陶瓷力學性能的又一有效途徑，可將具有不同于玻璃陶瓷基體力學性能的纖維、晶須或微粒與之復合，也可用金屬等其它材料與之復合，還可以將玻璃陶瓷的纖維或小球體復合到其它基體中，如用SiC晶須增強MgO-Al2O3-SiO2基的玻璃陶瓷，其抗折強度與斷裂韌性分別為500 MPa及4.0 MPa·m1/2，比未增強者提高兩倍以上。復合材料的力學性能可與Si3N，等結構陶瓷媲美，是一類有前景的新型結構材料。

玻璃陶瓷在生物醫學領域的優點是生物活性，用Na2O-CaO-P2O5-SiO2系統玻璃陶瓷已取得類似于人臂和腿骨的強度，其中主晶相是Ca2P2O5和Na2Ca3Si6O16，平均晶粒尺寸約為20 μm。硅的存在會增大骨礦化速度并有利于骨骼發育。玻璃陶瓷材料在生物醫學這一領域中應用最有優勢：有用于金屬牙彌補術的鉀鋁硅酸鹽；用粉末工藝制備并著色成與天然相稱的鋰鈣鋁硅酸鹽；用“失蠟”石膏鑄法成形的云母玻璃陶瓷；用于薄飾板的非整體齒冠的磷硅酸鹽等。生物玻璃陶瓷的主要優點是在玻璃中可引入CaO、P2O5，通過熱處理可以析出羥基磷灰石晶體，具有優良的生物相容性與生物活化性，組成中的其它組分可析出其它類型的晶體，保證材料的化學穩定性、可切削性等，比金屬、氧化鋁等材料更有前途。迄今已進行多起臨床試驗，有的長達6年之久，而且都取得了可喜成果。據報道鈣鐵硅鐵磁體玻璃陶瓷試樣在模擬體液中浸泡后,試樣表面的硅膠層上生成了能與人體組織良好結合的碳酸羥基磷灰石,具有良好的生物活性和強磁性能,起到了人體骨骼和溫熱治癌作用。

生物活性玻璃陶瓷是生物醫用材料領域的一個重要研究方向，其生物活性使材料被植入后能與骨形成緊密的化學鍵結合。具有高機械強度的微晶玻璃，可機械加工的微晶玻璃以及生物活性微晶玻璃。核化工藝過程的關鍵已發現，鋁硅酸鹽玻璃是玻璃與玻璃相分離，但是磷酸鹽轉化玻璃則沒有任何相分離現象，因此它可能是一方面通過相分離，另一方面通過特殊的過飽和來控制核化。具有高機械強度的微晶玻璃主要集中應用于復合材料的研制開發，具有生物相容性的微晶玻璃表明可以作為人體醫療的生物材料。生物活性玻璃陶瓷作為此類材料的杰出代表，不但擁有出色的生物活性和生物相容性，還具有優異的力學性能，因此在臨床上得到了大量應用和發展。

新型功能玻璃陶瓷這類材料隨著新技術、高科技的需求而發展，它運用玻璃工藝成形及通過受控晶化析出所需晶體的特性，制備具有壓電、半導、鐵電、電光、非線形等各種特性的材料。研究的一些主要功能材料有透紅外玻璃陶瓷、鐵電與鐵磁性玻璃陶瓷、摻Cr3+等離子的透明玻璃陶瓷，此外還有用于電子器件及其封接的玻璃陶瓷，用作催化劑載體與傳感器的多孔摻雜玻璃陶瓷等。但是功能晶體析出量不夠時，性能會導致"稀釋"效應，材料雖具有某些功能特性，但性能指標差，不能滿足應用要求。因此，如何提高功能晶體的晶化率和使材料，盡可能為單一相或含最少異相是該類材料研究中的重點。

電子和微電子材料上的應用：玻璃陶瓷能達到負膨脹、零膨脹直到100×10-7/℃以上的熱膨脹系數,使其能夠與眾多材料膨脹特性相匹配,用于各種玻璃陶瓷基板、電容器及高頻電路中的薄膜電路和厚膜電路,已應用于電子材料和航空領域。用溶膠-凝膠法制備的鐵電玻璃陶瓷，介電常數隨溫度的增加而減少而后再增加,居里點具有明顯彌散特征,在電子、精密部件、航空領域有廣泛的應用前景。極性玻璃陶瓷是一種新型的功能材料,含有定向生長的非鐵電體極性晶體，具有壓電性能和熱釋電性能,在水聲、超聲等領域有廣泛的應用前景。

在光學領域,最重要的性能指標是在近紅外區域發光和具有良好的透光性。微晶體的有效寬帶發光是可調諧激光器和光放大器應用的基礎,應用時可將玻璃陶瓷制成塊狀或纖維狀；牙科生物材料和外科移植材料需具有優美的外觀和穩定性好的特點,前者要求在環境溫度下機械性能優良,后者對生物相容性和彎曲強度要求較高。

玻璃陶瓷是一種新型高檔建筑裝飾材料,與天然石材相比,玻璃陶瓷強度高、耐磨損、耐侵蝕,而且紋理更清晰、色澤更鮮艷。目前,世界上已經研制成功的基板玻璃材料有2種:化學強化薄板玻璃與玻璃陶瓷。由于目前世界上僅有日本具有磁盤玻璃陶瓷基板的生產能力,因此,該產品的市場生命周期還處于初創期,市場前景極為廣闊。在國內,玻璃基板的研制僅有少數單位進行,生產還是空白,而玻璃陶瓷基板玻璃的研制和生產僅為新華光獨一家。近幾年,玻璃陶瓷在我國建筑領域的應用步伐稍有加快的跡象,似乎正與天然石材、建筑陶瓷形成競爭之勢。新上企業規模普遍較大,大多分期建設,目前國內玻璃陶瓷企業總的年設計能力估計在300萬m2左右。我國玻璃陶瓷的生產技術和工藝尚不完善，玻璃陶瓷作為一種新產品尚未被消費者真正認識和接受;玻璃陶瓷的綜合能耗高,導致其生產成本居高不下。

近代玻璃陶瓷制備方法主要有燒注法、燒結法，前者需在原料中加入晶核劑，促使其微晶化，使用于較大塊體的制品；后者主要利用玻璃末粒子表面的成核作用而析晶。在其特殊應用方面，優于一般玻璃或陶瓷的應用。玻璃陶瓷具有內容豐富、涉及面廣及特殊領域中應用優勢，有待于進一步的研究和開發，尋找新的應用領域。

近些年由于發達國家勞動力成本和原材料價格的不斷提高,使得他們紛紛開始向包括中國在內的發展中國家尋找硬盤基片的來源,這就為我國研制開發和規模化生產玻璃陶瓷基板提供了一個良好的機遇。我國玻璃陶瓷的研究者及技術人員，若能在工藝技術及節能降耗方面有所突破,國內玻璃陶瓷的生產和應用將會呈現廣闊的發展空間。

6 結語

玻璃和陶瓷在基本理論和生產過程上都具有很多相似或相同之處，對玻璃和陶瓷之間共性的研究則是更好地生產玻璃或陶瓷產品的需要,通常可以為在生產中所遇到的技術問題提供意想不到的解決辦法。預計在未來的10年里,對玻璃陶瓷在光學和生物學領域的研究興趣和應用將顯著地增加。玻璃陶瓷所具有的各種各樣的潛在性能,加上熱玻璃快速成形的靈活性,以及粉體成形和擠壓成形工藝的復雜性,都確保了玻璃陶瓷技術的持續發展。