放电等离子体烧结制备玻璃与微晶玻璃研究进展

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1044

硅酸盐通报 ›› 2026, Vol. 45 ›› Issue (3): 1047-1061.DOI: 10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2025.1044

放电等离子体烧结制备玻璃与微晶玻璃研究进展

刘爽¹^,²^,³(), 纪园梦¹^,²^,³, 秦泽瑜¹^,²^,³, 关波涛¹^,²^,³, 李蕾¹^,²^,³, 李卫洁¹^,²^,³, 汪庆卫¹^,²^,³, 丁林锋¹^,²^,³(), 周蓓莹¹^,²^,³, 王连军¹^,²^,³

^1.东华大学先进纤维材料全国重点实验室，上海 201620
^2.东华大学材料科学与工程学院，上海 201620
^3.东华大学先进玻璃制造技术教育部工程研究中心，上海 201620

收稿日期:2025-10-28 修订日期:2025-11-19 出版日期:2026-03-20 发布日期:2026-04-10
通信作者: 丁林锋，博士，副研究员。E-mail： linfeng ding@dhu.edu.cn
作者简介:刘爽（1998—），女，博士研究生。主要从事微晶玻璃的研究。E-mail： liushuang@mail.dhu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(U22A20125);国家自然科学基金(U24A2052);国家自然科学基金(52572001)

Research Progress in Preparation of Glass and Glass-Ceramics via Spark Plasma Sintering

LIU Shuang¹^,²^,³(), JI Yuanmeng¹^,²^,³, QIN Zeyu¹^,²^,³, GUAN Botao¹^,²^,³, LI Lei¹^,²^,³, LI Weijie¹^,²^,³, WANG Qingwei¹^,²^,³, DING Linfeng¹^,²^,³(), ZHOU Beiying¹^,²^,³, WANG Lianjun¹^,²^,³

^1.State Key Laboratory of Advanced Fiber Materials，Donghua University，Shanghai 201620，China
^2.College of Materials Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China
^3.Engineering Research Center of Advanced Glass Manufacturing Technology，Ministry of Education，Donghua University，Shanghai 201620，China

Received:2025-10-28 Revised:2025-11-19 Published:2026-03-20 Online:2026-04-10

摘要/Abstract

摘要：

放电等离子体烧结（SPS）凭借快速升温、短时致密化和外压辅助等工艺优势，已成为低温制备玻璃与微晶玻璃的重要方法。本文综述了SPS在玻璃与微晶玻璃制备中的最新研究进展，重点梳理了纳米粉体、微米级玻璃粉、微米级微晶玻璃粉、分子筛及金属有机框架（MOFs）等不同原料在烧结行为与性能调控方面的差异与共性；进一步讨论了温度、压力与升温速率等工艺参数对结构形成和最终性能的影响，并展望了SPS在高性能玻璃与微晶玻璃制备中的潜在应用前景。

关键词: 玻璃, 微晶玻璃, 粉体, 分子筛, 放电等离子体烧结

Abstract:

Spark plasma sintering （SPS）， featuring advantages of rapid heating， short densification time， and externally applied pressure， has emerged as a powerful low-temperature technique for preparation of glass and glass-ceramics. This review summarizes recent progress in SPS preparation of glass and glass-ceramics. The differences and commonalities in sintering behaviors and property-tailoring strategies of different raw materials， including nanoparticles， micron-sized glass powders， micron-sized glass-ceramic powders， zeolites， and metal-organic frameworks （MOFs）. Furthermore， the effects of key processing parameters such as temperature， pressure， and heating rate on structural formation and final properties are discussed. Finally， the potential of SPS for preparing high-performance glass and glass-ceramics is highlighted.

Key words: glass, glass-ceramics, powder, zeolite, spark plasma sintering

中图分类号:

TQ171

刘爽, 纪园梦, 秦泽瑜, 关波涛, 李蕾, 李卫洁, 汪庆卫, 丁林锋, 周蓓莹, 王连军. 放电等离子体烧结制备玻璃与微晶玻璃研究进展[J]. 硅酸盐通报, 2026, 45(3): 1047-1061.

LIU Shuang, JI Yuanmeng, QIN Zeyu, GUAN Botao, LI Lei, LI Weijie, WANG Qingwei, DING Linfeng, ZHOU Beiying, WANG Lianjun. Research Progress in Preparation of Glass and Glass-Ceramics via Spark Plasma Sintering[J]. BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY, 2026, 45(3): 1047-1061.

图/表 14

图1 放电等离子体烧结的基本过程［19］

Fig.1 Basic process of spark plasma sintering［19］

图2 传统方法制备的石英玻璃SEM照片（7 nm SiO2粉末为原料）［37］

Fig.2 SEM image of quartz glass prepared by conventional method （7 nm SiO2 powder as raw material）［37］

图3 SPS制备的玻璃透过率（纳米 SiO2 粉体为原料）［1］

Fig.3 Transmittance of glass prepared by SPS （nano-SiO2 powder as raw material）［1］

图4 SiO2表面化学沉积的SiC纳米颗粒的SEM照片［44］

Fig.4 SEM image of SiC nanoparticles chemical deposited on SiO2 surface［44］

图5 熔融-淬火工艺和 SPS 制备的石英玻璃的X射线总结构因子 S（Q）［50］

Fig.5 Total X-ray structure factor S（Q） of quartz glass prepared by melt-quenching process and SPS［50］

图6 样品的XRD谱［56］

Fig.6 XRD patterns of samples［56］

图7 （a）不同SPS温度下SBA-15的光学照片［58］；（b） SBA-15的原位坍塌机理示意图［9］

Fig.7 （a） Optical images of SBA-15 samples at different SPS temperatures ［58］；（b） schematic illustration of in-situ collapse mechanism of SBA-15［9］

图8 （a）FDU-12、SBA-15、MCM-41、MSNs 和 ZSM-5粉末及块状样品的XRD谱；（b）不同烧结温度下所制备的硅酸盐玻璃的透射紫外-可见光谱（FDU-12 在 910 ℃，SBA-15 在1 020 ℃，MCM-41 在 1 040 ℃，MSNs 在 980 ℃，ZSM-5 在 1 350 °C）；（c）烧结玻璃的照片；（d）FDU-12 TEM照片；（e）FDU-12 SPS机理示意图［59］

Fig.8 （a） XRD patterns of FDU-12， SBA-15， MCM-41， MSNs， and ZSM-5 powders and bulk samples；（b） transmission UV-Vis spectra of silicate glass prepared at different sintering temperatures （FDU-12： 910 ℃； SBA-15： 1 020 ℃； MCM-41： 1 040 ℃； MSNs： 980 ℃； ZSM-5： 1 350 ℃）；（c） photo of sintered glass；（d） TEM image of FDU-12；（e） schematic illustration of SPS mechanism of FDU-12［59］

图9 可烧结MOFs玻璃的代表性结构［65］

Fig.9 Representative structures of MOFs glass suitable for sintering［65］

图10 不同玻璃体系的玻璃成形能力对比［69］

Fig.10 Comparison of glass-forming ability among different glass systems［69］

图11 （a）标准ZIF-62晶体、通过溶剂热法制备的ZIF-62晶体及通过常压熔融-淬火（MQ）和60 MPa SPS合成的ZIF-62玻璃的XRD谱［70］；（b）常压下和60 MPa压力下通过MQ方法获得的ZIF-62玻璃的DSC上升扫描曲线［70］

Fig.11 （a） XRD patterns of standard ZIF-62 crystal， solvothermally synthesized ZIF-62， and ZIF-62 glass prepared by ambient pressure melt-quenching （MQ） and 60 MPa SPS［70］；（b） DSC ascending scanning curves of ZIF-62 glass obtained under ambient pressure and 60 MPa by MQ method［70］

图12 SPS制备微晶玻璃的XRD谱

Fig.12 XRD patterns of glass-ceramics prepared by SPS

图13 （a）氟金云母微晶玻璃粉XRD谱；（b）SPS（Li2Si2O5微晶玻璃粉为原料）［30］微晶玻璃XRD谱［82］

Fig.13 （a） XRD pattern of fluorphlogopite glass-ceramic powder；（b） XRD pattern of SPS glass-ceramics［82］（Li2Si2O5 glass-ceramic powder as raw material）［30］

图14 ZnGa2O4透明陶瓷合成方法示意图［83］

Fig.14 Schematic illustration of synthesis methods for ZnGa2O4 transparent ceramics［83］

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放电等离子体烧结制备玻璃与微晶玻璃研究进展

Research Progress in Preparation of Glass and Glass-Ceramics via Spark Plasma Sintering

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