透明玻璃的微晶研究进程论文

一、什么是微晶玻璃微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）又称微晶玉石或陶瓷玻璃。是综合玻璃、石材技术发展起来的一种新型建材。因其可用矿石、工业尾矿、冶金矿渣、粉煤灰、煤矸石等作为主要生产原料，且生产过程中无污染，产品本身无放射性污染，故又被称为环保产品或绿色材料。 微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优於天石材和陶瓷，可用於建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 二、微晶玻璃的组成 把加有晶核剂或不加晶核剂的特定组成的玻璃，在有控条件下进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶相和玻璃相均匀分布的复合材料。微晶玻璃和普通玻璃区别是：前者部分是晶体，后者全是非晶体。微晶玻璃表面可呈现天然石条纹和颜色的不透明体，而玻璃则是各种颜色、不同程序的透明体。 微晶玻璃的综合性能主要决定三大因素：原始组成的成份、微晶体的尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。 后两种因素是由微晶玻璃晶化热处理技术决定。微晶玻璃的原始组成不同，其晶相的种类也不同，例如有β硅灰石、β石英、氟金云母、二硅酸锂等，各种晶相赋予微晶玻璃的不同性能，在上述晶相中，β硅灰石晶相具有建筑微晶玻璃所需性能，为此常选用CaO-Al2O3-SiO2系统为建筑微晶玻璃原始组成系统，其一般成分如表一所示。表一： CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃组成颜色\组成 SiO2 Al2O3 B2O3 CaO ZnO BaO Na2O K2O Fe2O3 Sb2O3 白色 黑色 上述玻璃成份在晶化热处理后所析出的主晶相是：β——硅灰石（β——CaO、SiO2）。 三、建筑微晶玻璃性能 建筑用微晶玻璃装饰面板材与天然大理石、花岗岩性能列表二（见下页）。材料 微晶玻璃 大理石 花岗岩 特性 机械性能 抗弯强度①（Mpa) 40~50 8~15 抗压强度（Mpa) 67~100 100~200 抗冲击强度（Pa) 弹性模量（×104MPa) 5 莫氏硬度 6,5 3~5 ~ 维氏硬度（100g） 600 130 130~570 比重 化学性能 耐酸性②（1%H2SO4） 耐碱性②（1%NaOH) 耐海水性③（mg/cm2) 吸水率④（%） 0 抗冻性（%）⑤ 热学特性 膨胀系数（10-7/30℃ -380℃) 62 80~260 80~150 热导率（w/) 比热（Cal/q°.C） 光学特性 白色度（L度） 89 59 66 扩散反射率（%） 80 42 64 正反射率（%） 4 4 4 从表二中可以看出，建筑微晶玻璃在材料尺寸稳定性（热胀系数等的影响）耐磨性（硬度影响）、抗冻性、光泽度的持久性（耐酸耐碱影响）、强度（抗弯、抗冲击）等，均优於天在然的大理石及花岗岩。微晶玻璃与玻璃具有相同的成分，与硅酮结构胶和耐候胶相容性较好。 由于微晶玻璃是透明、半透明和不透明等多相组成均匀分布的复合材料，射入微晶玻璃的光线，不仅从表面反射，光线从材料内部反射出来，显得柔和，而且具有深度，产生类似钻石般晶莹剔透、璀璨发亮的光学效果。 同晶玻璃无吸水性、防冻、防铁锈、硅油等渗入，不溶易附着尘埃，纵然附着尘埃也容易清洗，有自净性。 微晶玻璃有令强度高，而且强度稳定，没有天然花岗岩那样的分散性大。组织均匀，各向强度同性，没有花岗岩那样的各向异性（层理性和焉理性）。 微晶玻璃的弧面或曲面，可将其加热到760℃～800℃左右。因此与天然石材相比，具有强度均匀、工艺简单、成本较低等优点。 生产白色或色彩鲜艳的微晶玻璃时，一般都使用矿物原料和化工原料，可以没有色差，也可以仿真成天然石材的各种色彩。这些色彩是用不变色的金属氧化物经高温加热形成，耐候性好，不会变色和退色。 微晶玻璃因其优良性能，在国内外已被广泛应用于宾馆、饭店、商店、机场、车站、影剧院以及其他高档建筑的外墙及室内装饰，是21世纪建筑的新材料。 四、微晶玻璃的生产工艺 建筑微晶玻璃生产工艺有两种，即压延示和烧结法，其工艺流程如图所示：目前建筑用微晶玻璃均采用烧结法，而且不加入晶核剂。它的基本原理是，玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它处于一种亚稳状态，较之晶体有较高的内能，所以在一定条件下，可以转化为结晶态。从动力学观点来看，玻璃熔体在冷却过程中，粘度急剧增加，抑制晶核的形成和晶体长大，阻止了结晶体的成长壮大。建筑用微晶玻璃利用了不加晶核剂的非均相结晶化机理，充分应用了热力学上的可能和动力学上的抑制，在一定条件下，使这种相反相成的物理过程，形成一个新的平衡，而获得的一种新材料。 烧结法工艺的微晶玻璃，有以下热点和难点： 一是玻璃熔融：除使用晒粉着色的微晶玻璃，通常用密封性好的坩锅内熔化外，其他色彩的微晶玻璃都使用池窑熔化。它的生产成本与质量均优于坩锅炉。但建筑微晶玻璃池窑不能照搬一般玻璃池窑，它要便于排料、换料、停炉。 二是晶化热处理：玻璃经晶化热处理后，才能形成微晶玻璃。热处理的工艺参数和工艺规范对主晶相的种类、大小、数量、制品的炸裂、平整度、气泡大小和数量、产量、燃气耗量和成本等，都有重要影响。晶化炉也不同於一般的热处理炉和陶瓷烧烤炉，其温度场和结构，要适合微晶玻璃晶化热处理的特点和工艺。 三是如何根据建筑师的美学要求，方便逼真调制各种色彩的微晶玻璃防止自爆和气孔，增加规格和品种，提高大面积板材平整度，降低成本，是进一步推广建筑微晶玻璃应用的热点和难点。 以上介绍，可以看出，微晶玻璃也是一种科技含量高的新产品。在国外，美国、俄罗斯率先起步开发和使用微晶玻璃，日本、西欧、亚太地区的一些国这也正在开发新型的微晶玻璃产品。我国目前已有3家公司批量生产建筑微晶玻璃，据了解，生产能力约为50万平方米，但由于产品规格、品种、花色和价格等，还不能满足建筑市场的要求，加之对微晶玻璃这种新型建筑材料推广、宣传力度不够，国内仅有少数工程，如人民大会堂广东枯、北京新机场候机楼、大连国际中心采用了微晶玻璃。每年我国从国外进口大量高档石材来满足国内市场的需求，微晶玻璃代替天然石材尤其是代替进口的高档天然石材，是建筑市场潜在的迫切要求。微晶玻璃不仅在建筑的内装饰会得到很大应用，而且在建筑石材幕墙中也值得大力发展和推广。 五、微晶玻璃幕墙要点 1.微晶玻璃属于脆性材料，开口部位施工后很容易破裂，不能完全照搬天然石材幕墙的节点，一般来讲，天然石材幕墙的短槽式和通槽式的结构不宜采用。 2.微晶玻璃板材做为幕墙面板，要求耐抗急冷、急热。其试验方法为：规格为100mm×80mm×板材厚度，每组五块试样，将试样放置在比室温水中冷却。然后用铁锤轻轻击试样各部位，如果声音变哑，表面有裂隙、掉边、掉角等情况，则判为不合格。 3.尽管要求微晶玻璃板材耐急冷、急热，但为了防止幕墙面板万一破裂时，碎片不会危及人，所以在微晶玻璃板的背面用多元板脂贴上一层玻璃纤维（FRP）以求安全。 4.用于幕墙的普型微晶玻璃板要求如下： (1)弯曲强度标准值不小于40MPa。试验方法按GB 中的规定进行。 (2)抗急冷、急热无裂隙。 (3)长度公差在±，平面度1/1000，厚度公差±1mm。 (4)无缺棱、缺角、气孔。表面无目视可观察到的杂质。 (5)镜面板材的光泽度不大于85光择单位。 (6)同一颜色、同一批号的板材色差不大于色差单位。 (7)用于幕墙面板的微晶玻璃板生产厂商应提供：型式试验报告；该批板材出厂检验报告，该报告应至少写明弯曲强度、长度、厚度及平面度公差，耐急冷、急热试验结果、色差及光泽度；并提供10年质量保证书等。 5.微晶玻璃幕墙必须100%进行全尺寸4项性能（耐风压、水密、气密、平面内变形）试验。试验合格后方能进行施工。 总之，微晶玻璃用于建筑幕墙，在国内还不多，今后在推广过程中，除了前述的微晶材料推广应用的热点和难点之外，对微晶玻璃幕墙而言，加强对其节点和构造、加工工艺、力学特性的开发研究，尢为迫切和重要。除了测定其弯曲度之外，最好能测定其断裂韧度，使微晶玻璃幕墙的强度，打下断裂力学设计基础。

微晶玻璃的显微结构主要由组成和热处理工艺所决定,对于微晶玻璃的物理特性如机械强度、断裂韧性、透光性、抗热震性等有很大影响。微晶玻璃的显微结构主要有枝晶结构、超细颗粒、多孔膜、残余结构、积木结构、柱状互锁结构、孤岛结构、片状孪晶等。枝晶结构是由晶体在某一晶格方向上加速生长造成的。枝晶的总轮廓与通常晶体形貌相似，在枝晶结构中保留了很高比例的残余玻璃相。枝晶在三维方向上连续贯通，形成骨架。由于氢氟酸对亚硅酸锂的侵蚀速度要比铝硅酸盐玻璃相更快，亚硅酸锂枝晶有容易被银感光成核，可将复杂的图案转移到微晶玻璃上。高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在几十纳米以内，得到超细颗粒结构。在锂铝硅透明微晶玻璃中，由于充分核话，基础玻璃中形成大量的钛酸锆晶核，β-石英固溶体晶相在晶核上外延生长，形成平均晶粒尺寸约60nm均匀的超细颗粒结构。由于晶粒尺寸远小于可见光波长，并且β-石英固溶体的双折射率较低，该微晶玻璃透光率很高。在许多微晶玻璃中，残余玻璃相可以形成多孔膜结构。以β-锂辉石固溶体为主晶相的锂铝硅不透明微晶玻璃中，残余玻璃相中SiO2含量较高，黏度较大，因而能够阻碍铝离子膜网络。因此，锂铝硅微晶玻璃在高温下具有非常好的颗粒稳定性，可以在1200℃的高温下长时间使用。所谓残余结构式指微晶玻璃如实地保留了基础玻璃中原有的结构。微晶玻璃成核的第一步往往是液-液分相，形成液滴。如在二元铝硅玻璃中，从高硅基质中分离出组成类似于莫来石的高铝液滴。热处理时，高铝液滴晶化成为莫来石微晶体，其外形继承了母体液滴的球形外貌。由于微晶体尺寸很小，只有几十纳米，尽管莫来石与硅质玻璃之间的折射率相差较大，对可见光的散射很小，是一种透明微晶玻璃。云母类硅酸盐矿物在二维方向上结晶能够产生一种互锁的积木结构，是可切削微晶玻璃的典型显微结构。由于云母晶相较软，而且能使切削工具尖端引起的裂纹钝化、偏转和分支而产生碎片剥落，不会产生灾难性破坏，因此即使晶相体积分数仅40%也具有良好的可切削性，此外，云母相的连续性也使此类微晶玻璃具有很高的电阻率和介电强度。具有柱状或针状互锁显微结构的微晶玻璃具有最高的机械强度和断裂韧性。以钾氟碱锰闪石为主晶相的闪石微晶玻璃的显微玻璃的显微照片。柱状互锁显微结构具有类似于晶须补强陶瓷中晶须随机排列的结构特征。这种微晶玻璃的弯曲强度达150Mpa，断裂韧性大（±）Mpa·m。以链状硅酸盐矿物氟硅碱钙石为主晶相、晶化程度更高的氟硅碱钙石微晶玻璃具有柱状互锁显微结构，其弯曲强度接近300Mpa,断裂韧性高达·m.当平衡相沿着各种亚稳相的界面形成时，便产生了典型的孤岛结构。在存在莫来石晶体和残余玻璃相的硅酸铯微晶玻璃产生的铯榴石晶相就具有孤岛显微结构。几种微晶玻璃的晶相如顽辉石、钙长石和白榴石在冷却过程中发生结构转变，生产聚合孪晶，生产一种能够提高断裂韧性的片状孪晶显微结构。顽辉石开始形成原顽辉石，当冷却到1000℃时，顽辉石发生马氏体相变转变位斜顽辉石，顽辉石颗粒高度孪晶化。由于这种孪晶片显微结构可以使裂纹偏转吸收能量，使这种微晶玻璃具有最高的断裂韧性，平均约·m,并具有很高的弹性模量。

海水灌溉农田人类利用海水直接灌溉农田的梦想由来已久。但是，由于种种技术条件的限制，这始终被认为是异想天开的科学幻想。实际上，在利用海水直接灌溉农田上，的确有一个很大的技术障碍。因为每1000克的海水中平均含有35克盐，用这样的海水来灌溉绿色植物，那不是在“腌咸菜”吗？显然，能否培育出“抗盐”的两栖作物是实现利用海水直接灌溉农田的基本思路。在近十几年里，科学家经过大量的研究与实践，发现并培育出了“盐生植物”。这种植物的特性之一是，它们喜好海水环境，并能在海水中正常生长。它们的根部有个“过滤”装置，能把海水的盐分过滤掉，使作物体内获得淡水营养。目前，科学家已经发现有14种作物具有这种特性，其中有两种盐生植物能产生同小麦相当的蛋白质，可望成为人们的新型食品。生长在墨西哥沿岸的海蓬子就属于两栖盐生植物。在我国，科学家发现生长在海岸滩涂的碱蓬也是一种盐生植物。经过人工培育驯化，它的嫩芽可成为餐桌上的美味，它的种子因富含不饱和脂肪酸可制成保健食用油。筛选和培育盐生植物的另一种途径是利用农作物杂交技术。20世纪80－90年代，美国科学家就利用杂交技术培育出盐生农作物。用70％的海水直接灌溉这些农作物，获得生长良好的黄瓜、西红柿。用盐度3．8％的海水灌溉小麦、大麦等农作物，也获得了理想的收成。近十几年中，人们利用基因技术又培育出多种新的盐生植物。在干旱少雨的沙特阿拉伯，人们就成功地进行了这种实验。将海水进行简单的技术处理也能收到令人惊奇的效果。科学家进行实验，将经过磁化的海水直接用于农作物灌溉，实验结果是出乎意料的，每公顷海滩平均收获茄子15吨，或高粱30吨，或西红柿33吨。这项技术虽然还处在实验阶段，但它初步显露出的希望使得人们有理由相信人类利用海水直接灌溉农田的梦想在不久的将来会成为现实。这篇文章是近十几年内科学家以人们长久以幻想有一天能用海水灌溉农田的梦想为依据，然后对海水进行研究，以及用海水产生的一种新产品和农作物进行杂交而产生的一种更好的新产品。满意么？楼主？

我们未来的能源 为了写好这篇作文，我闭着眼睛绞尽脑汁、苦思冥想，睁开眼睛的时候，我已经在一个陌生的世界里了。这儿的空气很清新，散发着一股清香，这香味，很难用语言来形容，似乎是新鲜的空气味道中掺入了小野花的淡淡芳香，沁人心脾。一座座立交桥是一颗颗彩虹糖做的，令我垂涎三尺。大街上那些形状各异，五彩缤纷的车更是好玩儿：有柠檬形状的，有坦克状的，还有变形金刚的……最稀奇的是他们的的汽车不像我们的汽车那样开起来冒黑烟！ 正当我一筹莫展的时候，一个稀奇古怪的机器人出现在我的面前，说：“您好，尊敬的游客，欢迎您来到2046年的世界，我是你的导游----窝窝。” “2046年？” “是啊，是时间老人送你过来的。”窝窝说，“我为你介绍一下吧！以前，世界上有石油，煤炭，电，生物能，潮汐能，风能，太阳能，地热能，核能……由于石油、煤炭属于不能再生的能源，而且人们不懂得去节约，所以这类能源已经消耗完了。现在，科学家已经用氢代替了石油作为燃料，所以，现在街上开的都是氢气动力汽车。” “氢气动力汽车？”我很不解，“虽说氢代替了石油，可氢气怎么使汽车前进呢？” “对，氢是既高效又环保的新型清洁能源，它大量存在于水分子中，人们可以通过电解将其分离出来，供人们大量使用。现在人类已经开发出了使用氢气做燃料的发动机，氢燃烧后产生的水蒸气不会污染环境，所以人们不使用石油燃料也可以开车了。” “哦！我明白了。” “方逾！！！别睡了，赶快写你的作文吧！”妈妈的声音在耳边响起。 “啊？我睡着了！原来这是个梦，一个美好的梦！”能源王国之旅地球变得越来越拥挤，资源越来越稀缺，人们总是想方设法要开辟一个新的能源世界，新的能源世界是怎样的呢？ 我昏沉沉地睡了好大一觉，醒来发现自己来到了一个既陌生而又熟悉的环境之中。问一问路人才知道，原来我误闯入时间隧道，来到了未来的能源之国。 好了，干脆来一趟未来能源之国的旅行吧！我驾驶着能源王国的水果型汽车 ，发现它没有方向盘，也没有手闸，只有无数个按钮，我随意按了一个写着果园的红色按钮，汽车竟然自己“呜呜”得驶向前方，朝着果园的方向前进。车行了七千多米，却只用了20分钟，而且不用加油，后来我才知道，原来这是一辆水果氧能汽车，依靠水果的氧化作用来启动，并且没有废气排出，不会污染空气破坏环境。 进入果园，我大吃一惊，那里的果树矮矮胖胖的，最多只有80厘米高，但树上的果子又大又多，令人忍不住想摘一个下来品尝。征得主人同意，我挑了一个又大又红的苹果，摘了下来，发现树上被我摘掉果子的地方又长出了一个新果子，而且比刚才更大更红！我听农民伯伯说，他们使用了一种名叫“新果”的新能源养料，它能使果树常青，且果大味美。令人惊叹不已。 带着欣喜的心情，我又来到了一个居民的住宅，房屋的外立 面是透明玻璃制成的，但它可不是一般的玻璃哦，这些看似玻璃的材料，其实是一种新型的高效节能涂料，在太阳照射下能自动积聚热量，利用热量转变为电能，使房屋内的所有家用电器都不再需要单独的供电设备，看电视、上网、使用洗衣机等等不再受电能的限制。每幢房屋的顶部都装有一架风车，在风雨来临时储存起风能和水能，保持房屋的通风性和生活所需的水资源。一切都依靠自然资源的相互作用、相互转化，为人们提供帮助。 生活在该住宅的居民，每周一次的搞卫生方式也很新奇。只见人们提着一只布袋子在房间里来回走动，垃圾灰尘统统吸入袋中，霎时房间空气清新。原来它是一只神奇的“废气吸收袋”，在使房间干净的同时，又可把废气交由相关技术部门处理转化为二次能源使用。 这些都令我大开眼界，我急切地大喊一声想找人探讨，惊醒过来了，哦，原来是一场梦哪！但我相信，随着人类的发展、科技的进步，我的梦终将成为现实。 未来之城 大家好！很高兴带大家参观我们的“未来之城”。现在是2030年，我是“未来之城”的能源设计师。怎么，您没听说过这个职业？这是未来的新职业，主要负责为一个城市设计即干净环保，又充足有效的能源供应系统。 现在请大家坐上绿色环保公交车，参观一下我们的城市。这种车不用汽油，也不用柴油，而是靠太阳能驱动的。车顶上都是太阳能蓄电池板，可以收集太阳光的能量。城市里所有的房屋顶上也都安装着这样的蓄电池板，可以供应每家所需要的电力和供暖。 晚上和阴天的时候怎么办呢？别担心，蓄电池可以在有阳光的时候储存一部分太阳能，在没阳光的时候再释放出来。不仅可以在晚上供应能源，而且连着一两天不出太阳，都没关系。 如果很多天一直阴雨连绵呢？那也没问题。车辆可以到充电站去充电，就像以前到加油站去加油一样。充电站的电从哪里来呢？从垃圾场。哈！您一定很吃惊吧？我可没胡说，垃圾场就是我们的发电厂。我们把垃圾分解汽化，用来发电。这样既消灭了垃圾污染，又提供了稳定的电力，不仅可以输送到充电站，而且可以满足居民的需要。 工厂的用电量特别大，光靠垃圾就不够了。我们还有风力发电站和潮汐发电站，利用风和大海的潮汐来发电，不仅足够我们城市的工业使用，还有富裕的电力提供给别的城市呢。 在我们的“未来之城”里，我们每个人不仅在消耗能源，而且在创造能源。人走路，车辆行进，都会与地面发生摩擦，产生能量。我们的马路上，房屋地板上，都装有蓄电池板，把这些摩擦产生的能量收集起来，就可以供应马路和房屋的照明、道路两边商店的用电，等等。现在大家来参观，也是给我们创造了能源，谢谢大家。 希望大家喜欢我们的“未来之城”，我们还要建造更多这样的城市，让我们的地球更加干净，更加生气勃勃。