综述：玻璃陶瓷原料选择-性能调控-应用表达的研究进展

这篇综述系统梳理了玻璃陶瓷（glass-ceramics）从原料选择（如工业固废资源化）、性能调控（如离子交换、晶相调控）到多领域应用（如建筑、生物医学、电子器件）的研究进展，重点探讨了溶胶-凝胶（sol-gel）、3D打印等新兴制备技术与传统热处理（Tg/Tp控制）的协同创新，为高值化应用（如CaO-MgO-Al2O3-SiO2/CMAS体系）提供了理论支撑。

　　

玻璃陶瓷：从微观调控到跨领域应用的革命性材料

引言
玻璃陶瓷是一类通过控制结晶过程从非晶态转变为单晶或多晶态的功能材料。自20世纪50年代康宁公司发现通过成核剂添加和热处理可调控玻璃结晶行为以来，其独特的"玻璃-晶体"复合结构赋予了高机械强度、低热膨胀系数等优异特性。2017年国际玻璃陶瓷研讨会提出的新定义强调其可通过不同加工方法实现ppm级至近100%的结晶度调控，为多功能化应用奠定基础。

制备工艺的进化
传统熔融法和烧结法通过精确控制玻璃转变温度（T_g）和结晶温度（T_p）实现晶相调控。近年溶胶-凝胶法在纳米级均匀性方面表现突出，而3D打印技术可实现复杂结构件的一次成型。激光结晶法则能实现局部微区结晶，为电子器件微型化提供新思路。

原料选择的绿色革命
工业固废（如冶金渣、尾矿）因与玻璃陶瓷原料成分相似度达85%，成为研究热点。通过稳定化处理重金属（如Cr⁶⁺、Pb²⁺），不仅解决环境污染问题，更降低原料成本。但氯盐等杂质的存在仍限制其在高端领域的应用。

性能调控的艺术
• 机械性能：离子交换技术使表面形成压应力层，抗弯强度提升3倍
• 光学性能：La₂O₃掺杂可使折射率调节范围达1.5-2.0
• 生物活性：磷酸盐基玻璃陶瓷能诱导羟基磷灰石（HAp）形成，与骨组织形成化学键合

跨领域应用图谱
在生物医学领域，牙科修复用硅铝酸盐玻璃陶瓷（如IPS Empress?）因其优异的透光性和耐磨性成为全瓷冠主流材料。国防领域则利用其高硬度和低密度特性开发轻质装甲系统。最新研究发现，Ta₂O₅掺杂的硼硅酸盐体系在辐射屏蔽方面表现出色。

挑战与展望
当前研究仍面临三大瓶颈：工业固废成分波动导致的性能不稳定、功能元素掺杂均匀性控制、复杂形状制品成型精度。未来突破方向可能集中在：

1. 机器学习辅助成分设计
2. 原子层沉积（ALD）技术实现表面功能化
3. 多尺度模拟指导结晶动力学调控

随着"双碳"战略推进，以固废为原料的高性能玻璃陶瓷或将成为新材料领域的下一个爆发点，特别是在可穿戴电子器件和智能植入体等前沿方向。