几种用于微晶玻璃的成核的成核剂类型

影响金属核化能力的几个主要因素如下：

①     晶格常数相近：一般认为，金属颗粒诱导析晶时，只要金属和诱导的晶核间的晶格数之差不超过10%~15%，就会因外延（或称附生）作用而成核。

②     金属颗粒的大小对核化能力有重要影响：一般当晶体颗粒达到一定大小时，才能诱导主体玻璃析晶。例如在Li₂O-SiO₂玻璃中，只有当金属颗粒达到8.0nm时，才能使玻璃发生结晶。因为核粒小，曲率半径就小，核化结晶的应力增大，给主体玻璃的核化结晶代理困难。

（2）氧化物：这类成核剂有TiO₂、P₂O₅、ZrO₂和Cr₂O₃等，其中TiO₂、ZrO₂、P₂O₅是目前微晶玻璃生产中最常用的成核剂。它们共同的特点是，阳离子电荷高、场强大，对玻璃结构有较大的积聚作用。其中P⁵⁺由于场强大于Si⁴⁺，有加速玻璃分相的作用。而Ti⁴⁺、Zr⁴⁺等由于场强小于Si⁴⁺，当加入少量时又有减弱玻璃分相的作用，因此它们的成核机理不同。TiO₂的成核机理比较复杂，目前尚未彻底弄清。一般认为在核化过程中，首先析出富含钛氧的液相（或玻璃相）。它是一种微小（约5.0nm）的悬浮体，在一定条件下（如热处理）将转变为结晶相，进而使母体玻璃成核和长大。X射线衍射证明，在含钛的MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃中析出的悬浮体是钛酸镁。其它一些含钛玻璃（如Na₂O-Al₂O₃-SiO₂玻璃），分相后的析出物都不是单纯的TiO₂，而是一种钛酸盐。

Ti⁴⁺在玻璃结构中属于中间体阳离子，在不同的条件下它可能以六配位【TiO₆】或四配位【TiO₄】状态存在。在高温下（由于配位数降低）Ti⁴⁺可能以四配位参加硅氧网络，而与熔体产生良好的混熔。当温度降低，钛将由钛氧四面体转变为低温的稳定状态——钛氧八面体，这时由于【TiO₆】与【TiO₄】结构上的差别，TiO₂就会与其它RO类型的氧化物一起从硅氧网络中分离出来（分液），并以此为晶核，促使玻璃微晶化。

TiO₂有缩小Na₂O-SiO₂玻璃不混溶区的作用。TiO₂在一定程度有减小玻璃分相的作用，因此TiO₂不可能通过分相来促使玻璃的核化。

P₂O₅是玻璃形成体氧化物，对硅酸盐玻璃具有良好的成核能力，常与TiO₂、ZrO₂工业或单独用于Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、Li₂O-MgO-SiO₂和MgO-Al₂O₃-SiO₂等系统微晶玻璃中。

P₂O₅在硅氧网络中易形成不对称的磷酸多面体。加之P⁵⁺的场强大于Si⁴⁺，因此它易与R⁺或R²⁺一起从硅氧网络中分离出来。一般认为P₂O₅在玻璃中的核化作用，来源于分相。因为分相能降低界面能，使成核活化能力下降。

试验数据表明：P₂O₅能大大提高Na₂O-SiO₂玻璃的不混溶温度并扩大其不混溶区，这主要是由于晶态AlPO₄与方石英在结构上的相似性所致。

关于ZrO₂的核化作用，一般认为是从母相中析出富含锆氧的结晶(或生成约5.0nm的富含ZrO₂的微不均匀区)，进而诱导母体玻璃成核。试验证明：在Li₂O-Al₂O₃-SiO₂、MgO-Al₂O₃-SiO₂等系统的微晶玻璃中，ZrO₂主要诱导形成主晶相为β-石英固溶体，次晶相位细颗粒的立方ZrO₂固溶体。

ZrO₂在硅酸盐熔体中溶解度小，一般超过3%（质量分数）就溶解困难而常常从熔体中析出，这是ZrO₂作为成核剂的不利一面。如引入少量P₂O₅能促进ZrO₂的溶解。

（3）氟化物：氟化物是著名飞乳浊剂和加速剂，常用的氟化无有氟化钙（CaF₂）、冰晶石（Na₃AlF₆）、氟硅化钠（Na₂SiF₆）和氟化钙（MgF₂）等。当氟含量大于2%~4%(质量分数)时，氟化物就会在冷却（或热处理）过程中从熔体中分离出来，形成细结晶状的沉淀物而引起不利乳浊。利用氟化物乳浊玻璃的原理，可促使玻璃成核，其中氟化物微晶体就是玻璃的成核中心。氟化物的晶核形成温度通常低于晶体生长温度，因此用氟化物核化、晶化的玻璃，包含数量巨大的微小晶体，而不是数量少的粗晶。

F^-半径（0.136nm）与O^2-半径（0.14nm）非常接近，因此F^-能取代O^2-而不致影响到玻璃结构中离子的排布。但F^-是-1价，O^2-为-2价，因此两个F^-取代一个O^2-才能达到电性中和。反映在结构上相当于用两个硅氟键（≡Si­-F）取代一个硅氧键（≡Si-O-Si≡）。≡Si-F群的出现，意味着硅氧网络的断裂，导致玻璃结构的减弱。

一般认为氟具有减弱玻璃结构的作用，是氟化物诱导玻璃成核长大的只有原因。

近年来新出现的云母形可切削的微晶玻璃，也是利用氟化物作为成核剂的。