采用常规熔融退火和两步结晶法制备了具有不同ZrO2含量的Li2O-Al2O3-SiO2(LAS)体系的高结晶度透明微晶玻璃。研究了LAS微晶玻璃的结晶动力学、相演变、微观结构和透光性能。结果表明, ZrO2含量增加到一定量时, 玻璃的析晶方式由一维生长逐渐变为二维生长, 其析晶放热峰Tp值逐渐升高, 而析晶活化能逐渐降低。通过控制热处理升温速率可实现玻璃中硅酸锂(Li2SiO3)、透锂长石(LiAlSi4O10)和二硅酸锂(Li2Si2O5)晶体的析出, 并且发现晶体由硅酸锂(Li2SiO3)向二硅酸锂(Li2Si2O5)转变时, 玻璃的透过率会增大。此外, SEM测试结果显示, 随着热处理升温速率的减小, 玻璃析出的晶体尺寸逐渐变大, 晶体形貌主要为球形晶体。

采用熔融法制备了含有不同晶核剂的非化学计量比堇青石微晶玻璃, 通过DSC、XRD、FE-SEM、UV-VIS-NIR等测试方法研究了不同晶核剂对微晶玻璃析晶与性能的影响, 并用经典动力学方程(Johnson-Mehl-Avrami)分析了微晶玻璃的析晶动力学。结果表明,以P2O5和P2O5+ZrO2为晶核剂的微晶玻璃晶化机制均为表面晶化, 而以P2O5+ZrO2+TiO2为晶核剂的微晶玻璃则倾向于整体析晶。三组微晶玻璃在950 ℃晶化时主晶相为μ-cordierite, 当温度升高到980 ℃时开始转变为α-cordierite, 引入TiO2使α-cordierite的含量增加, 析出的晶体更加复杂致密。随着晶化时间延长, 与其他晶核剂相比, P2O5+ZrO2+TiO2组合晶核剂微晶玻璃在相同晶化时间内结晶度更高, α-cordierite含量的增加显著提升了微晶玻璃的力学性能, 但降低了透过率。在800 ℃/10 h+980 ℃/3 h热处理制度下, 以P2O5+ZrO2+TiO2为晶核剂的微晶玻璃弹性模量可达103 GPa, 断裂韧性为1.27 MPa·m1/2, 透过率为82.3%, 可满足用作移动终端领域的性能要求。

以锂铝硅酸盐玻璃为研究对象, 研究了不同氧化锆含量以及热处理工艺对微晶玻璃理化性能的影响。结果表明, 当氧化锆摩尔含量从2.0%增加至3.5%时有利于细化晶粒, 使微晶玻璃透过率从70%增加至85%, 对玻璃维氏硬度和热膨胀系数影响不大, 但会降低耐酸性且增强耐碱性; 当氧化锆摩尔含量≥3.0%时, 通过晶化处理可析出硅锂石和氧化锆纳米晶复合相, 使微晶玻璃的维氏硬度从6.38 GPa逐渐增加至7.28 GPa, 同时热膨胀系数受析出晶相影响逐渐增大, 但会降低透过率和化学稳定性。

透明玻璃陶瓷具有热膨胀系数可调、强度高、化学稳定性好的优点, 且兼具透光/发光的特性, 是一种在光学信息、生物技术、激光技术、红外遥感及民用照明等领域有着广泛的应用前景的新型功能材料。本文简述了玻璃陶瓷的透光机制, 对形核剂、过渡金属离子及稀土离子掺杂MgO-Al2O3-SiO2(MAS)系透明玻璃陶的析晶及透光/发光性能方面的研究进展进行了介绍, 并简要分析了开发具备透光/发光性质的高结晶度MAS透明玻璃陶瓷材料存在的问题, 最后展望了透明玻璃陶瓷的发展趋势与前景。

透明玻璃陶瓷是由纳米晶与氧化物玻璃相组成的复合材料，当掺杂的发光中心(稀土或过渡族金属离子)进入纳米晶相时，该材料综合了纳米晶相优越的光学特性和氧化物玻璃基体良好的力学性能与化学稳定性，在光通讯、光显示、光伏电池等领域具有重要应用前景。主要介绍透明玻璃陶瓷材料制备技术、结构与性能等方面的研究进展，以及相关材料的应用前景；简要介绍我们在这领域开展的一些工作和进展。