大多數無機玻璃都可以通過適當的高溫熱處理從非晶態轉變為晶態，這個過程稱為反玻璃化（晶化），而通過控制結晶過程可以得到晶粒細小的多晶材料，通常將這種材料稱為玻璃陶瓷。玻璃陶瓷還有一個別名——微晶玻璃，其制備通常需要加入形核劑來促進晶化，這就跟一般的玻璃在制造過程中并不希望其表面發生自發晶化恰恰相反！玻璃陶瓷往往包含有殘留的玻璃相、一種或多種晶體相。玻璃陶瓷的結晶度在0.5%到99.5%之間變化，但更常見的是在30%到70%之間變化。玻璃陶瓷的結晶度是可控的，這就意味著我們可以通過不同的工藝制得一系列具有不同性質的玻璃陶瓷或者根據需要的性質來設計玻璃陶瓷的結構及其實現工藝。

    和一般燒結得到的陶瓷不同，玻璃陶瓷天生就沒有氣孔，但在有些情況下，氣孔或氣泡也會在晶化后期出現。玻璃陶瓷有4個優點：（1）能通過任何一種玻璃成型技術實現大量生產；（2）可以針對某個特殊應用來設計玻璃陶瓷的納米或微觀結構；（3）幾乎沒有氣孔；（4）具有許多優良性質，比如熱膨脹系數低（根據需要可以使熱膨脹系數為零）、機械強度和熱導率較高等，并且可以對一系列所需要的性質進行組合（例如有的玻璃陶瓷廚具同時具有低熱膨脹系數和透明性質，有的牙科用玻璃陶瓷材料同時具有高強度、高韌度、半透明、生物相容性和化學穩定性等性質）。 這類材料最吸引人的特點可能就是它比較容易制造，傳統的玻璃成型技術能非常便捷地應用到無孔玻璃陶瓷制品的大規模生產中。
 

玻璃陶瓷制品
 

    玻璃陶瓷的制備一般需要經過兩個步驟。第一步是通過常規的玻璃制造過程形成玻璃，第二步是玻璃的成形、冷卻以及將其重新加熱到玻璃化轉變溫度以上（根據需要第二步有時還會進行重復），大多數情況下會在玻璃組成中加入貴金屬、氟化物、ZrO、TiO2、P2O5、Cr2O3或Fe2O3等形核劑來促進成核，使得制品的內部在這個熱處理過程中發生部分晶化。此外，還有兩個不太常用的方法，一個是在在粘滯性熔體的冷卻過程中誘導和控制內部晶化，另一個是使玻璃顆粒壓塊同時進行燒結和晶化。

    而談到玻璃陶瓷的發現或發明，那可真是個意外！1953年，康寧公司的一位年輕研究員Stookey將一片沉積有銀顆粒的二硅酸鋰玻璃放在600℃的爐子中進行退火，并打算獲得一張永久性的照片，可是他一不小心將玻璃加熱到了900℃，本以為玻璃已經融化并損壞了爐子，然而令Stookey吃驚的是出現在他面前的是一塊沒有改變形狀的白色材料，他隨手將它扔到了地板上，更令他吃驚的是這塊白色材料并沒有破碎，而如果是玻璃早就被“五馬分尸”了。這就是世界上第一塊玻璃陶瓷——Fotoceram！此后，來自世界各地高校、研究所和公司的相關論文和專利就源源不斷涌現出來。

    第一款商業用的玻璃陶瓷是在20世紀50年代后期被開發出來的，并用作飛機和火箭的雷達罩，此種用途的玻璃陶瓷必須要有能經受雨水侵蝕和重返大氣層等極端條件考驗的性質，比如均一性、低介電常數、低熱膨脹系數、低介電損耗、高機械強度和高抗磨能力。商業上最重要的玻璃陶瓷體系是摻雜有CaO、MgO、ZnO、BaO、P2O5、Na2O或K2O的Li2O-Al2O3-SiO2（LAS）體系，最常用的形核劑是ZrO2和TiO2，最主要的結晶相是具有高度非均一性和負熱膨脹系數的β-SiO2。LAS體系玻璃陶瓷可以經受800℃到1000℃之間反復的溫度驟變。LAS玻璃陶瓷起初是用于鏡子和天文望遠鏡鏡架，現在已經進入家用市場，比如爐灶、炊具、烘焙用具，此外，還用在投影儀反射器上。

    經過大約60年的發展，玻璃陶瓷的應用更加多元化，已經出現的有可機加工陶瓷、建筑材料玻璃陶瓷、高強玻璃陶瓷、牙科用玻璃陶瓷、生物活性玻璃陶瓷、電導和絕緣玻璃陶瓷、透明玻璃陶瓷和玻璃陶瓷盔甲等。

責任編輯：李玲珊

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-801
郵箱：ecorr_org@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414