[科普中國]-微晶材料

微晶材料(microcrystalline material)是指通過快速冷凝工藝獲得的晶粒尺寸小于5微米（μm )的金屬和非金屬材料。

材料簡介它是由某些特定配方組成的各種硅酸鹽原料（包括礦產(chǎn)原料、礦渣廢渣原料、化工原料、晶核劑、添加劑、澄清劑等等），通過特定的溫度制度或(和)光照（稱光敏）處理受控微晶化而形成的具有特定優(yōu)異性能的微晶相和殘余硅酸鹽相組成的多相固體材料。其質(zhì)地可以是致密、無孔、耐磨等，也可以是疏松、多孔、抗壓耐腐等。特定配方組成的各種硅酸鹽原料加入一定量的晶核劑（有時也不加），再經(jīng)加熱（稱熱敏）或(和)光照（稱光敏）處理，使特定組成的硅酸鹽熔融體內(nèi)均勻地析出大量細小的微晶體，而制成的透明或不透明固體結(jié)構(gòu)材料。晶體尺寸一般小于0.1μm,晶體含量可達30%～90%（體積）。這類微晶材料的機械強度、化學(xué)穩(wěn)定性、電性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的普通玻璃、陶瓷，而生產(chǎn)工藝和使用原料卻與傳統(tǒng)的普通玻璃、陶瓷相似，還可大量利用工業(yè)廢料、廢渣、礦渣等。微晶材料在某種程度可以說是優(yōu)化組合了傳統(tǒng)玻璃、傳統(tǒng)陶瓷及天然石材的諸多優(yōu)點，一般的微晶材料其理化性能均優(yōu)于天然石材和傳統(tǒng)的玻璃、陶瓷，可用于建筑幕墻及室內(nèi)各檔次裝修裝飾，還可做機械上的結(jié)構(gòu)材料，電子、電工上的絕緣材料，大規(guī)模集成電路的底板材料、微波爐耐熱器皿面板、化工與防腐材料和礦山耐磨材料等等，在2010年遠景規(guī)劃中，微晶材料之一的微晶玻璃被規(guī)劃為國家綜合利用行動的戰(zhàn)略發(fā)展重點和環(huán)保治理的重點，被稱為跨世紀(jì)的綜合材料。微晶材料是21世紀(jì)極具有發(fā)展前景的新型材料和極具市場潛力的一種新興高科技微晶行業(yè)1。

材料特點微晶材料與一般材料相比，具有以下特點：

①增大溶質(zhì)原子在基體中的固溶極限，從而導(dǎo)致附加固溶強化和時效強化效果，使材料強度增加。

②使第二相質(zhì)點細化，材料的晶粒度比常規(guī)材料細小1～2個數(shù)量級，材料的強度提高，塑韌性降低，抗蝕性、耐磨性和抗疲勞斷裂能力得到改善，并可產(chǎn)生細晶超塑性，有利于加工成形。

③可形成新的亞穩(wěn)相，并減少或消除材料中的偏析（材料凝固后其截面上不同部位或晶粒內(nèi)部產(chǎn)生的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象)2。

材料應(yīng)用已得到廣泛研究的微晶材料有：

①快冷鎂合金。如鎂鋁鋅釔合金和鎂鋁鋅釹合金等，其抗拉強度高達475兆帕(MPa)，伸長率達14%，抗腐蝕性能比常規(guī)鎂合金高10倍，在汽車 、航空工業(yè)中和海洋石油平臺上獲得應(yīng)用。

②快冷鋁合金。主要有低密度、高強度鋁鋰合金，耐高溫的鋁鐵合金和高強度、耐磨損的鋁硅合金。

③快冷鈦合金。主要是鈦稀土合金，其抗應(yīng)力斷裂和抗蠕變性能比常規(guī)鈦合金高10倍，使用溫度也提高165℃，可取代部分高溫合金 。

④快冷工具鋼 。其切削速度是普通高速鋼刀具的兩倍，在同樣速度下，刀具壽命高10余倍。

⑤快冷高溫合金。與普通高溫合金比，使用溫度可提高85℃，能用超塑性擴散連接制成徑向多層復(fù)合式渦輪機葉片。

⑥快冷陶瓷材料。如高純超細陶瓷粉末，是制備高性能高溫結(jié)構(gòu)陶瓷和功能陶瓷的重要原材料，在制備高密度磁記錄材料、微孔過濾器材料、隱身材料、觸媒材料中也得到應(yīng)用。此外，快冷Al2O3-ZrO2磨料已形成產(chǎn)品，獲得應(yīng)用。

⑦快冷減摩材料。如制造蝸輪的微晶合金LZA4205、制造軸瓦的微晶合金LZA4008、制造滑板的微晶合金LZA3805、制造絲母的微晶合金LZA4510，在機械制造行業(yè)用于替代銅基合金都得到了很好的應(yīng)用3。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

石季英 - 副教授 - 天津大學(xué)