一般微晶玻璃要比其母体玻璃的强度高，其原因在于析出的晶体硬度高且比同类组成的玻璃强度高，由此微晶玻璃要比玻璃难以破裂。玻璃中析出晶体后，玻璃其本身所受的应力传递不能走直线路径，而必须绕过结晶颗粒迂回前进，从而使得裂纹的发展路径变长，这一过程盈利往往会被吸收，而使得材料断裂韧性提高
一般提高材料的强度可以使得裂纹长度减少；使裂纹头部的曲率半径增大。这二者主要是在玻璃制造中防止或解决的问题，如通过抛光侵蚀、火抛光处理等解决。但对于材料的强度提升并未有作用。在玻璃表面制备出压应力层。如通过风冷钢化、离子交换或使用玻璃表面析出低膨胀的晶体而实现；提高断裂韧性K1C(断裂韧性值)；提高玻璃材料的弹性模量；使材料的断裂性能提高。这可以通过在玻璃中析出高弹性模量的晶体、用氮替换玻璃中的氧。而控制析出结晶种类或者微细结构可以提高断裂能。
(1)在玻璃层形成残余压应力强化。采用使玻璃表面急冷或通过离子交换可以使玻璃强化。如对Na-Al2O3-SiO2系玻璃，先通过热处理使其析出Na2O•Al2O3•SiO2霞石晶体，然后通过K+与Na+交换(KNO3熔融液)，使表面的霞石结晶转变为K2O•Al2O3•2SiO2六方钾霞石，由于体积增大10%使表层产生很大压应力，使这种微晶玻璃的机械强度提升到1500MPa。
另一种思路是利用玻璃在晶化过程中表层微晶体生长的速度与块状内部微晶体生长速度的差异，并在内部析出与表面不同组成的晶体，从而被称之为自强化型微晶玻璃，按机理在表面形成压应力的晶体，应在玻璃表面形成低膨胀晶相的组成。如MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃在900℃晶化，玻璃内部形成莫来石(3Al2O3•2SiO2)。这之后在1100℃下热处理，使玻璃表面形成堇青石(2MgO•2Al2O3•5SiO2)晶体，冷却后表面形成压应力层。
(2)利用玻璃中微细结构的控制而强化。玻璃中形成的微细结构可以有三种形式：即均匀分散的晶体、针状纤维晶体无序排列及有序的单一方向排列三种类型。但是应力遇到这些晶体时均会出现分叉或被吸收，从而使玻璃的断裂性能得到提高。
玻璃中析出晶体而且均匀分散在玻璃中，由于成核速度、晶体生长速度不同其晶体离子大小一般在10nm到数毫米范围内。某玻璃生成的纤维状无序排列的氟碱钙硅石(Ca5Na4K2Si12O30F4)、钾镁闪石(K2CaMg5Si8O22F2)、二硅酸锂(Li2Si2O5)结晶在玻璃中交错层叠，其晶体直径约0.5um，长度约10um。这类微晶玻璃的断裂韧性在3~5MPa•m1/2、强度约200~400MPa。
(3)通过复合形式，实现微晶玻璃的强化。使用陶瓷微粒或者陶瓷纤维形成复合玻璃材料的形式，使得微晶玻璃的强度提升。如使用SiC纤维增强派莱克斯玻璃，使用的纤维体积分数为35~50%，可使的复合微晶玻璃的抗弯强度达到500~800MPa。
以上是微晶玻璃行业的一些理论和具体产品的数据。以供陶瓷行业的朋友参考使用。下次有机会，看能收集些微晶玻璃的具体体系或配方供大家在实验室一乐呵。 |
