氟硅酸盐玻璃陶瓷自20世纪70年代问世以来,以其独特的可加工性、高强度、高韧性和生物活性受到业内的广泛重视,国内外对此展开了广泛的研究。本书结合作者近年来在氟硅酸盐玻璃陶瓷尤其是反应析晶法制备氟闪石玻璃陶瓷方面所取得的研究成果,并总结了国内外40年来在该领域所取得的研究成果,对氟硅酸盐玻璃陶瓷的组成、晶体化学、析晶机理、相变、组织结构特点、性能、制备工艺和应用做了详细介绍。
本书可供从事玻璃陶瓷材料研究生产的科研人员和广大工程技术人员使用,也可供大专院校相关专业师生参考。
玻璃陶瓷又称微晶玻璃,作为一种新型材料,经过60余年的发展,其在工业生产和日常生活中得到了广泛应用。其中氟硅酸盐玻璃陶瓷以其独特的可加工性、高强度高韧性和生物活性在玻璃陶瓷家族中独树一帜,受到材料界的广泛关注。
作者在近10年来的科研工作中发现,虽然该材料自20世纪70年代问世以来,国外研究人员对其进行了大量的研究,但国内在这方面的研究工作还不多见(氟云母玻璃陶瓷除外),到目前为止也未见到一部系统介绍该材料的专著。由于各研究者实验条件和侧重点不同,有些结果也不尽相同,行业内迫切需要一部这方面的专著对本领域已取得的研究成果进行全面的归纳总结,作者因而萌发了撰写一部能够反映该领域最新研究成果的学术专著的愿望。在阅读了国内外学术期刊上40多年来所发表的几乎所有与氟硅酸盐玻璃陶瓷相关的文献资料的基础上,作者结合对自己研究成果的整理、分析和思考,经过近2年的努力终于完成了本书的写作。
编写本书主要目的是为我国从事玻璃陶瓷研究和生产的工作者提供一个自20世纪70年代以来,国内外在氟硅酸盐玻璃陶瓷研究方面所取得的主要成果的全貌,为将来进一步开发该体系中的新材料提供有益的借鉴和启示,同时也可为高校相关专业的学生和教师提供一套较完整的教学参考资料。
氟硅酸盐玻璃陶瓷中的晶体普遍存在于自然界,地质学对这些晶体的组成、结构、成因和合成已作了大量的研究,所取得的研究成果对于氟硅酸盐玻璃陶瓷的研究有着重要的借鉴意义。因此本书在内容安排和写作思路上尝试着将这两个学科的知识进行融合,在从材料学角度对氟硅酸盐玻璃陶瓷研究成果阐述的同时也对在地质学研究中所取得的相关成果进行了介绍,并注重引用地质学理论研究成果对氟硅酸盐玻璃陶瓷研究中出现的一些试验现象和结果进行分析与讨论,再进行归纳总结上升为理论。例如运用地质学中的晶体多体理论可以成功地解释氟硅酸盐玻璃陶瓷析晶过程中氟云母→氟闪石、氟云母→透辉石的晶相演变现象,不仅首次建立了玻璃陶瓷析晶过程中氟云母→氟闪石相变的多体转变晶体学理论,同时也大大丰富了晶体多体理论自身,促进了两个学科在理论上的发展。本书的另一个特点是注重对不同研究者从不同角度对同一问题所取得的研究结果进行比较和分析,并结合材料学基础理论加以讨论,从而找出其中的共性规律上升为理论,而不是简单地对现有研究成果的罗列。书中所引资料和数据均注明了出处,以便读者检索和进一步阅读。但为了编写的需要,对部分文献内容作了取舍,有些较明显的错误也作了更正,还望原作者见谅。
全书共分六章,第一章对玻璃陶瓷发展史和基本知识做了介绍,第二、三、四章分别对氟云母、氟闪石和氟硅碱钙石玻璃陶瓷国内外研究成果做了全面的归纳和总结,第五章是作者本人近年来研究工作的总结,第六章简介了氟硅酸盐玻璃陶瓷研究的最新动态并对其发展前景做了展望。希望本书的问世能够起到抛砖引玉的效果,通过阅读本书,激发读者对氟硅酸盐玻璃陶瓷研究和开发的兴趣,为推动我国氟硅酸盐玻璃陶瓷的发展尽一份绵薄之力。
氟硅酸盐玻璃陶瓷研究涉及学科知识较广,作者学识有限,虽然在撰写过程中竭尽努力,但时间精力有限,书中不足之处,还望读者不吝指正,甚为感激。
第1章 绪论
1?1 玻璃和陶瓷1
1?2 玻璃陶瓷的定义和特点2
1?3 玻璃陶瓷的制备4
1?3?1 熔融法4
1?3?2 烧结法5
1?3?3 溶剂?凝胶法5
1?4 玻璃陶瓷分类6
1?5 玻璃陶瓷的应用7
1?6 可加工玻璃陶瓷发展史8
1?7 氟硅酸盐玻璃陶瓷9
参考文献10
第2章 氟云母玻璃陶瓷
2?1 云母矿物组成、结构和合成11
2?2 氟金云母玻璃陶瓷15
2?2?1 组成15
2?2?2 析晶机理和组织15
2?2?3 析晶影响因素18
2?3 氟四硅云母玻璃陶瓷25
2?3?1 组成25
2?3?2 析晶和组织26
2?4 钡云母玻璃陶瓷30
2?4?1 组成30
2?4?2 析晶和组织31
2?5 钙云母玻璃陶瓷34
2?5?1 组成34
2?5?2 析晶和组织35
2?6 锂云母玻璃陶瓷38
2?6?1 组成38
2?6?2 析晶和组织39
2?7 氟云母玻璃陶瓷制备45
2?7?1 熔融法45
2?7?2 烧结法47
2?8 复相氟云母玻璃陶瓷49
2?8?1 组成50
2?8?2 析晶和组织50
2?8?3 复相氟云母玻璃陶瓷的制备57
2?9 氟云母玻璃陶瓷的性能和应用66
2?9?1 可加工性66
2?9?2 力学性能69
2?9?3 磨损性能75
2?9?4 热膨胀性76
2?9?5 焊接性77
2?9?6 生物活性78
2?9?7 应用80参考文献82
第3章 氟闪石玻璃陶瓷
3?1 闪石矿物和闪石人工合成86
3?1?1 闪石矿物86
3?1?2 闪石晶体化学88
3?1?3 闪石的人工合成90
3?2 氟闪石玻璃陶瓷93
3?2?1 组成93
3?2?2 析晶机理和组织94
3?2?3 玻璃组成对析晶的影响97
3?2?4 热处理工艺对析晶的影响103
3?3 氟闪石玻璃陶瓷的性能和应用106
3?3?1 力学性能106
3?3?2 热膨胀性111
3?3?3 生物相容性和生物活性113
3?3?4 可加工性114
3?3?5 应用114参考文献115
第4章 氟硅碱钙石玻璃陶瓷
4?1 硅碱钙石矿物学118
4?1?1 硅碱钙石分类和组成118
4?1?2 硅碱钙石晶体结构120
4?2 氟硅碱钙石玻璃陶瓷123
4?2?1 组成和制备123
4?2?2 析晶和组织124
4?2?3 玻璃组成对析晶的影响127
4?3 氟硅碱钙石玻璃陶瓷的性能137
4?3?1 力学性能137
4?3?2 生物活性146
4?3?3 耐蚀性155
4?4 烧结法制备和复相氟硅碱钙石玻璃陶瓷161
4?5 应用170
参考文献170
第5章 反应析晶烧结法制备氟闪石玻璃陶瓷
5?1 氟云母合成173
5?2 氟闪石玻璃陶瓷的反应析晶工艺175
5?2?1 氟云母类型的影响175
5?2?2 玻璃组成的影响177
5?2?3 烧结温度的影响179
5?2?4 氟云母加入量的影响181
5?2?5 氟闪石反应析晶影响因素183
5?3 氟闪石反应析晶机理186
5?3?1 概述186
5?3?2 升温过程中氟闪石的形成187
5?3?3 等温过程中氟闪石的形成190
5?3?4 晶体的多体性194
5?3?5 氟云母?氟闪石多体转变晶体学 197
5?4 氟闪石晶体等温长大206
5?4?1 试验结果和分析206
5?4?2 钠钙玻璃析晶长大210
5?4?3 Ostwald 熟化机制长大212
5?5 氟闪石晶体升温长大219
5?6 氟闪石玻璃陶瓷烧结223
5?6?1 烧结致密化机理223
5?6?2 致密化影响因素228
5?6?3 氟云母加入量与氟闪石玻璃陶瓷相对密度间定量关系234
5?7 氟闪石玻璃陶瓷力学性能和可加工性236
5?7?1 氟云母加入量的影响236
5?7?2 烧结温度的影响238
5?7?3 玻璃粉末粒度的影响239
5?7?4 素坯成型压力的影响240
5?7?5 氟云母类型的影响240
5?7?6 玻璃类型的影响241
5?8 氟闪石玻璃陶瓷制备工艺参数241
参考文献243
第6章 国内外氟硅酸盐玻璃陶瓷研究动态
参考文献250