Fuentes de vidrio y cerámica

También conocido como vitrocerámica, es un material compuesto que combina la fase cristalina con el vidrio después de su fusión, conformación y tratamiento térmico a alta temperatura. Tiene excelentes propiedades como alta resistencia mecánica, expansión térmica ajustable, resistencia al choque térmico, resistencia a la corrosión química y baja pérdida dieléctrica. Es ampliamente utilizado en la fabricación de maquinaria, óptica, microelectrónica electrónica, aeroespacial, química, industria, biomedicina, construcción y. otros campos. Debido al complejo proceso de fabricación de los paneles de vitrocerámica y los altos requisitos técnicos, el proceso de producción actual y la tecnología de control de los paneles de vitrocerámica de alta calidad están básicamente monopolizados por países extranjeros. El proceso de producción de vitrocerámica nacional tiene problemas como la mala calidad. y bajo rendimiento.

Es un nuevo material de silicato policristalino formado por cristalización del vidrio bajo la acción de un catalizador o agente nucleante. Es una mezcla densa, no porosa y uniforme compuesta por fase cristalina y fase de vidrio residual. Por lo general, el tamaño de los cristales puede oscilar entre nanómetros y micrómetros, y el número de cristales puede alcanzar entre el 50% y el 90%. Tiene alta resistencia mecánica, baja conductividad eléctrica, alta constante dieléctrica, buena procesabilidad, resistencia química y estabilidad térmica. Estas propiedades dependen del tipo y cantidad de cristales, así como de la composición y naturaleza de la fase vítrea restante, y están estrechamente relacionadas con las condiciones de cristalización. Según el tratamiento de nucleación o cristalización, se puede dividir en vidrio cristalizado fotosensible y termosensible. Se puede utilizar para fabricar placas de circuitos, tubos de almacenamiento de carga, tubos fotomultiplicadores, ojivas de misiles, radomos, cojinetes, bombas, materiales absorbentes de neutrones de reactores, columnas aislantes, etc.

Las perspectivas de desarrollo de la vitrocerámica

1. La vitrocerámica resistente a altas temperaturas

La vitrocerámica resistente a altas temperaturas se desarrolla con la método de sinterización, método sol-gel, etc. Un nuevo material desarrollado mediante la aplicación de nuevas tecnologías en la preparación de vitrocerámicas. Cuando en una vitrocerámica se precipitan cristales resistentes a altas temperaturas, como mullita, espinela y granate, el material puede soportar temperaturas muy altas. Por ejemplo, en las vitrocerámicas de granate de paladio, no solo precipita este cristalito resistente a altas temperaturas, sino que también precipitan algunos cristales de mullita y la fase de vidrio restante queda envuelta por los cristales. Este material se puede utilizar a altas temperaturas de alrededor de 1400°C.

2. Materiales con altas propiedades mecánicas

La microestructura de las vitrocerámicas tiene una gran influencia en sus propiedades mecánicas, pudiendo mejorarse el rendimiento controlando la estructura. Por ejemplo, las estructuras entretejidas pueden aumentar la resistencia y la tenacidad. Los gradientes de temperatura y la extrusión en caliente también pueden mejorar en gran medida el crecimiento direccional de los cristales y las propiedades mecánicas. Por ejemplo, la resistencia a la flexión de los cristalitos orientados precipitados en vitrocerámicas a base de CaO-P2O5 puede alcanzar los 700 MPa y la tenacidad a la fractura también mejora significativamente. Los materiales compuestos son otra forma eficaz de mejorar las propiedades mecánicas de las vitrocerámicas. Con él se pueden combinar fibras, bigotes o partículas cuyas propiedades mecánicas sean diferentes a las de la matriz vitrocerámica, y también se pueden combinar con él otros materiales como metales. Las fibras o esferas de vitrocerámica también se pueden componer con otras matrices, como las vitrocerámicas a base de MgO-Al2O3-SiO2 reforzadas con bigotes de SiC. La resistencia a la flexión y la tenacidad a la fractura de la matriz son 500 MPa y 4,0 MPa respectivamente. Las propiedades mecánicas de los materiales compuestos son equivalentes a las de las cerámicas estructurales como el Si3N, y son un nuevo material estructural prometedor.

3. Cerámica de biovidrio

La principal ventaja de la cerámica de biovidrio es que se pueden introducir CaO y P2O5 en el vidrio, y se pueden precipitar cristales de hidroxiapatita mediante tratamiento térmico, que tiene una excelente biofase. Capacitancia y actividad biológica. Otros componentes de la composición pueden precipitar otros tipos de cristales para garantizar la estabilidad química y la procesabilidad del material, que es más prometedor que los metales, la alúmina y otros materiales. Hasta ahora se han realizado muchos ensayos clínicos, algunos de ellos de hasta seis años de duración, con resultados prometedores.

4. Nuevas vitrocerámicas funcionales

Este material ha sido desarrollado con las necesidades de las nuevas tecnologías y las altas tecnologías. Utiliza tecnología del vidrio para formar materiales con propiedades piezoeléctricas, semiconductoras, ferroeléctricas, electroópticas, no lineales y otras propiedades mediante el control de la cristalización para precipitar los cristales requeridos. En la actualidad, algunos de los principales materiales funcionales son las vitrocerámicas que transmiten infrarrojos, las vitrocerámicas ferroeléctricas y ferromagnéticas, las vitrocerámicas transparentes dopadas con plasma Cr3+ y las vitrocerámicas utilizadas para dispositivos electrónicos y su sellado, soportes de catalizadores y sensores. , etc. Sin embargo, cuando la cantidad de cristales funcionales es insuficiente, el rendimiento dará como resultado un efecto de "dilución". Aunque este material tiene algunas propiedades funcionales, sus indicadores de rendimiento son deficientes y no pueden cumplir con los requisitos de la aplicación. Por tanto, cómo mejorar la velocidad de cristalización de los cristales funcionales y conseguir que los materiales sean lo más monofásicos posible o tengan las fases menos heterogéneas es el foco de la investigación en este tipo de materiales.