具体描述
This authoritative book examines the various types of glass-ceramic materials, the methods of their development, and the countless applications for glass-ceramics. It looks at glass-ceramics as new materials with new properties and outlines the expanding regions for applying these amazing materials, specifically for biomedical purposes. Provides a fundamental explanation of the new generation of glass-ceramics in an easy-to-use format. A perfect resource for students, scientists, doctors, and engineers or anyone interested in natural or medical science and technology.
玻璃陶瓷技术：从基础科学到前沿应用 内容提要： 本书深入探讨了玻璃陶瓷材料的基础理论、制备工艺、结构表征以及在各个领域的创新应用。全书共分为六个主要部分，力求为读者提供一个全面、系统的知识体系，涵盖了从经典无机材料科学到现代先进功能材料的转化过程。重点突出了玻璃态向晶体态转变的微观机理，以及如何通过精确控制成分和热处理过程来调控材料的最终性能。 --- 第一部分：玻璃陶瓷的科学基石与历史沿革 (Fundamentals and Historical Context) 本部分奠定了理解玻璃陶瓷所需的基础知识。首先，系统回顾了传统玻璃（无定形固体）的结构特点、粘度曲线及转变温度，为后续理解晶化过程做铺垫。随后，详细阐述了玻璃陶瓷（Glass-Ceramics，GC）的定义、独特之处——即保留玻璃的加工成型优势，同时获得晶体的高强度、高稳定性和特定功能性。 历史发展部分追溯了玻璃陶瓷从20世纪中叶偶然发现到成为关键工程材料的历程，重点介绍了早期如英国派热克斯（Pyroceram）等里程碑式产品的问世。我们着重探讨了“成核与生长”这一核心概念，区分了自发成核、催化成核（通过添加氧化物或金属纳米颗粒实现）以及表面成核的不同机制及其对最终微观结构的影响。 本部分还将涉及热力学基础，包括液-固相平衡、过冷液体区的自由能变化，以及驱动晶化反应的吉布斯自由能判据，为理解后续的烧结与晶化动力学奠定理论基础。 第二部分：玻璃陶瓷的成分设计与制备工艺 (Composition Design and Processing Routes) 玻璃陶瓷的性能高度依赖于其初始玻璃体的成分设计和后续的热处理路线。本部分是实践操作的核心。 成分设计方面， 详细分析了影响晶化行为的氧化物体系，包括： 1. 锂长石体系 (Li₂O-Al₂O₃-SiO₂) – 经典的低热膨胀系数材料，着重分析了β-石英固溶体和锂铝硅酸盐的形成。 2. 镁-铝-硅酸盐体系 (MgO-Al₂O₃-SiO₂) – 关注堇青石（Cordierite）和尖晶石（Spinel）的形成，以及如何控制其晶体取向以实现特定光学或机械性能。 3. 磷酸盐玻璃陶瓷体系 – 探讨其在生物医学领域的应用潜力，以及与生物活性成分（如羟基磷灰石）的共晶/混合结构。 4. 锆酸钡钛酸盐（PZT/BZT）基功能玻璃陶瓷 – 分析如何通过引入铁电性晶体相来赋予材料介电、压电或热释电特性。 制备工艺方面， 详述了从原料配制到最终烧结的完整流程： 原料熔制与均化： 如何精确控制熔融温度和时间以消除气泡和化学不均匀性。 成型技术： 涵盖传统的铸造、热压成型（Hot Pressing）、注射成型（Injection Molding）以及更先进的3D打印技术（如熔融沉积或立体光刻后的后续晶化）。 热处理（晶化烧结）： 这是决定最终性能的关键步骤。我们详细剖析了恒温保持（Isothermal hold）与程序升温（Ramp heating）策略。讨论了如何通过精确控制升温速率、成核温度和生长温度区间，来优化晶体尺寸、晶体相含量和晶体相分布的均匀性，从而最大化所需性能（如强度、透明度或介电常数）。 第三部分：微观结构表征与性能调控 (Microstructural Characterization and Property Control) 玻璃陶瓷的性能是其微观结构——包括晶相含量、晶粒尺寸、晶界特性和残余玻璃相的直接体现。本部分聚焦于现代材料表征技术及其在玻璃陶瓷研究中的应用。 物相分析： 重点介绍X射线衍射（XRD）在确定晶相组成、晶格参数和结晶度的作用。利用谢乐公式（Scherrer equation）估算晶粒尺寸的原理。 微观形貌观察： 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）如何揭示晶体与玻璃基体的界面结构、晶体的形貌（如板状、针状、等轴晶）以及纳米级晶体的排列方式。 光谱学分析： 拉曼光谱和红外光谱（FTIR）如何用于监测键合环境的变化和区分不同化学环境下的硅氧四面体结构。 热性能分析： 差示扫描量热法（DSC）的应用，用于精确测量玻璃化转变温度、晶化峰温和晶化焓，以校准热处理方案。 通过这些表征手段，本部分阐述了如何精确调控晶化过程，例如，如何通过增加成核剂密度来获得纳米晶结构（以实现高透明度），或如何通过延长生长时间来获得大尺寸晶体（以增强机械强度）。 第四部分：机械、热学与光学特性 (Mechanical, Thermal, and Optical Properties) 玻璃陶瓷因其独特的双相结构而展现出卓越的工程特性，这些特性是传统玻璃和纯晶体材料难以兼顾的。 机械性能： 讨论了高强度、高硬度和优异的抗疲劳性。重点分析了晶体增强机制，如晶须/针状晶体在玻璃基体中的有效应力传递和裂纹偏转效应。对比了不同晶相（如刚性尖晶石相与韧性锂云母相）对材料断裂韧性的贡献。 热学性能： 这是玻璃陶瓷最著名的特性之一。详细解释了如何设计成分以实现近零或极低的热膨胀系数（CTE）。通过计算和实验验证，展示了如何利用具有负热膨胀系数的晶相（如石英）和具有正热膨胀系数的基体相（如云母）在特定温度范围内相互抵消，从而达到CTE趋近于零的效果，这对于炊具、天文望远镜基座至关重要。 光学性能： 探讨了透明玻璃陶瓷的原理。当晶粒尺寸远小于可见光波长（通常小于50nm）时，光散射极小，材料呈现出宝石般的光学透明度。分析了影响透明度的关键因素，如晶体相的折射率与基体玻璃相的折射率匹配程度、晶体相的体积含量和尺寸分布。 第五部分：功能性玻璃陶瓷与先进应用 (Functional Glass-Ceramics and Advanced Applications) 随着材料科学的进步，玻璃陶瓷已不再局限于耐热和机械应用，而是成为承载特定功能的平台。 生物医学应用： 深入探讨了生物活性玻璃陶瓷（如含磷灰石晶相的GC）在骨修复材料中的应用。分析了其生物相容性、骨传导性以及与宿主骨组织的生物活性整合机制。 电学与磁学功能： 讨论了基于钛酸钡（BaTiO₃）或钛酸锶钡（BST）的铁电玻璃陶瓷，它们在多层陶瓷电容器（MLCCs）和传感器中的应用。解释了如何利用晶化过程诱导形成高介电常数的晶相。此外，还涉及具有铁磁性的玻璃陶瓷，如负载纳米级铁酸铋（BiFeO₃）晶体的体系，用于存储或磁屏蔽。 能源存储与转换： 介绍了用于固态电解质的玻璃陶瓷，特别是具有快速离子传导通道的晶体结构（如锂离子电池中的LISICON型结构），以及用于高温燃料电池或热电材料的玻璃陶瓷复合体。 催化剂与涂层： 探讨了高比表面积的微孔或介孔玻璃陶瓷在负载贵金属或作为载体催化剂方面的潜力。 第六部分：未来展望与挑战 (Future Perspectives and Challenges) 本部分展望了玻璃陶瓷领域未来的研究方向，并指出了当前面临的技术瓶颈。 前沿研究方向包括： 1. 增材制造（3D Printing）： 如何将复杂几何形状的玻璃陶瓷部件的制备精度和性能可靠性提升到工程应用标准。 2. 多功能复合材料： 整合具有不同功能的晶相（如导电相、压电相、结构增强相）到单一基体中，实现“一材多用”。 3. 环境友好型制备： 探索低温烧结技术、非传统熔融技术，以降低能耗和碳排放。 面临的挑战： 主要在于如何实现批次间性能的绝对一致性（特别是对于光学和电子级材料），以及如何更精确地控制纳米级晶体的生长形态，以规避因晶体取向不均导致的局部性能波动。解决这些挑战需要更精细的在线监测技术和更深入的原子尺度建模。 --- 本书特色： 本书的编排逻辑清晰，从基础理论出发，逐步深入到复杂的工程应用，强调了科学原理与工程实践的紧密结合。文中大量引用了最新的研究进展和工业案例，确保内容的前沿性和实用性，旨在成为材料科学、无机化学、工程技术人员及高年级本科生、研究生的重要参考资料。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈图书下载中心 版权所有