高热膨胀Na2O-MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃的制备及性能研究

采用传统熔体冷却法制备了Na2O-MgO-Al2 O3-SiO2玻璃并采用整体析晶工艺制备了微晶玻璃.利用DSC、XRD、SEM等测试手段研究了微晶玻璃的析晶行为和显微结构,探讨了热处理制度对该体系微晶玻璃热膨胀系数、密度、抗弯强度、显微硬度等性能的影响.研究结果表明,当晶化温度为800℃时该体系微晶玻璃主晶相为颗粒状霞石晶体(NaAlSiO4);当晶化温度达到900℃时玻璃中开始析出镁橄榄石(Mg2SiO4)晶体;延长保温时间可显著促进析晶但对晶体种类没有影响.析晶后微晶玻璃的密度、热膨胀系数、抗弯强度和显微硬度值显著增加,其最高热膨胀系数可达14.1×10-6℃-1.所制备的微晶玻璃具有很好的机械性能,当热处理温度为1000℃时,其抗弯强度和显微硬度分别达160 MPa和7.8 GPa.     

模拟熔融态黄磷炉渣制备微晶玻璃析晶规律研究

以SiO2-Al2O3、Na2O-SiO2-Al2O3 、K2O-SiO2-Al2O3、CaO-SiO2-Al2O3和MgO-SiO2-Al2O3五种混合辅料为研究对象,采用液-固混合法与热态黄磷炉渣进行高温混熔直接制CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃.通过Factsage、差热分析和X射线衍射,并利用修正后的Johnson-Mehl-Avrami (JMA)方程,分析了不同辅料在高温下与热态黄磷炉渣混熔制备微晶玻璃的析晶规律.结果表明:混合辅料SiO2-Al2O3出现液相的最低温度为1595℃,而当加入碱金属或碱土金属作助熔剂时辅料的熔融液相温度均大幅降低.添加Na2O-SiO2-Al2O3辅料后制备出的微晶玻璃析晶活化能E为192.8718 kJ/mol,而添加K2O-SiO2-Al2O3辅料后其析晶活化能明显增加为306.4335 kJ/mol.当助熔剂为CaO和MgO时,其析晶活化能接近,分别为376.7427 kJ/mol和372.0462 kJ/mol.在五种混合辅料直接添加到热态黄磷炉渣制备微晶玻璃过程中,K2O-SiO2-Al2O3和CaO-SiO2-Al2O3辅料均出现目标主晶相为硅灰石(CaSiO3)的物相.综合考虑析晶活化能和物相组成,以K2O-SiO2-Al2O3为混合辅料直接加入热态黄磷炉渣制备出的微晶玻璃优于其它混合辅料的直接添加.     

不同冷却方式黄磷炉渣微晶玻璃析晶动力学研究

以水淬黄磷炉渣和自然冷却态黄磷炉渣为研究对象,采用熔融法制备CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃.通过差热分析、X射线衍射和扫描电镜,并利用修正后的Johnson-Mehl-Avrami (JMA)方程和Augis-Bennett方程,分析了不同冷却方式下黄磷炉渣制备微晶玻璃的析晶规律.结果表明:不同冷却方式对微晶玻璃的析晶行为有所不同,水淬黄磷炉渣微晶玻璃的析晶活化能E为352.609 kJ/mol,自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃的析晶活化能E为405.685kJ/mol;两种不同冷却方式的黄磷炉渣微晶玻璃的晶化机制均为三维体积晶化.水淬黄磷炉渣微晶玻璃中主晶相为硅灰石(CaSiO3)并含有少量的石英矿物;自然冷却黄磷炉渣微晶玻璃中主晶相为钙蔷薇辉石类(Ca(Mn2,Ca)Si2O6)和含铁硅灰石类固溶体((Ca,Fe) SiO3).以自然冷却渣制备的微晶玻璃性能优于水淬渣制备出的微晶玻璃.     

CaO-MgO-Al2O3-SiO2-P2O5-(F)微晶玻璃的析晶及特征

采用熔融法制备了不同P2O5及F含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2-P2O5-(F)基础玻璃试样,研究了CaO-MgO- Al2O3-SiO2-P2O5-(F)系微晶玻璃的析晶及特征.结果表明:在CaO-MgO-Al2O3-SiO2-8.0wt;P2O5玻璃中,表面析晶和内部析晶同时存在,析出晶体主要为钙长石(CaAl2Si2O8)相、硅灰石(CaSiO3)和α-磷酸钙(Ca3(PO4)2).玻璃中P2O5含量的提高抑制玻璃的表面析晶,同时促进了玻璃的整体析晶和α-磷酸钙晶体析出.同时添加P2O5和F的玻璃试样以整体析晶为主,析出晶体为块状氟磷灰石和粒状钙长石相.     

P2O5对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶的影响

采用熔融法制备了不同P2O5含量的CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃样品,研究了P2O5对该系微晶玻璃析晶的影响规律.结果表明:在所研究的CaO-MgO-Al2O3-SiO2玻璃中,P2O5的最大溶解量在10.0;质量分数左右,超过其饱和溶解度后将析出α-磷酸钙相.玻璃中添加4.0;质量分数P2O5时以表面析晶为主,析出晶体为钙长石和少量硅灰石.随着P2O5含量的提高, α-磷酸钙逐渐析出,同时钙长石和硅灰石的析出逐渐降低.进一步提高P2O5含量抑制了玻璃的表面析晶,促进了玻璃的分相和整体析晶.当P2O5的含量达到10;时,玻璃以整体析晶为主,在分相区内外区域析出晶体的形态非常相似,均呈现为细小粒状.     

热处理制度对LZAS系微晶玻璃析晶行为的影响

采用烧结法制备了Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2 (LZAS)系微晶玻璃.采用DTA曲线初步确定了LZAS系微晶玻璃的成核和晶化温度范围,再用传统方法确定其最佳热处理制度.分别研究了核化温度、核化时间和晶化温度对LZAS系微晶玻璃析晶行为的影响.此外,还对比分析了两步和一步热处理制度对此玻璃析晶行为的影响.研究结果表明:核化温度和核化时间严重影响LZAS微晶玻璃的结晶度,对析出物相种类影响较小;晶化温度对LZAS微晶玻璃析出晶体的种类、晶粒的大小和晶体尺寸的均匀性有重要影响;两步法和一步法热处理对析出晶相的种类和材料的微观结构影响不大,但经历两步法热处理析出晶体的数量更多;LZAS系微晶玻璃在热处理过程中产生了2种相变:方石英转化为β-石英固溶体,γⅡ-LZS转化为γ0-LZS.     

Na2 O-B2O3-SiO2-CaO-P2O5-F生物微晶玻璃制备与性能研究

采用烧结法,选用Na2O-B2O3-SiO2为基础玻璃(NBS),按照氟磷灰石组成配比添加CaO,P2O5,CaF2三种组分,制备Na2O-B2O3-SiO2-CaO-P2O5-CaF2生物微晶玻璃.利用差热分析、X射线衍射分析及扫描电镜等测试手段对微晶玻璃物相、微观结构进行了测试和分析,并采用模拟体液对样品的生物活性进行了验证.结果表明:随着热处理温度升高,样品的晶化程度逐步提高,当热处理温度在750℃时,可以获得主晶相为氟磷灰石,晶粒尺寸在100 nm左右、其晶化率≥80;的微晶玻璃样品,通过模拟体液浸泡实验证明了样品具有一定的生物活性.     

热处理温度对Na2O-K2O-ZnO-SiO2微晶玻璃析晶行为和性能的影响

以P2O5为形核剂制备了Na2O-K2O-ZnO-SiO2 (NKZS)透明微晶玻璃,研究了热处理温度对NKZS微晶玻璃的析晶行为、可见-近红外透过率和抗弯强度的影响.结果表明,在NKZS玻璃中,表面析晶和体积析晶同时存在.热处理温度低于750℃时,NKZS微晶玻璃表面析晶较显著,抗弯强度随热处理温度的升高而明显增强,可见-近红外透过率随热处理温度变化较小;温度高于750 ℃时,主要为体积析晶,其力学性能和可见-近红外透过率随热处理温度升高急剧降低.     

La3+和Ce4+对尾矿微晶玻璃显微结构及性能的影响

选用白云鄂博尾矿及粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备得到了CaO-Al2 O3-MgO-SiO2(CAMS)系尾矿微晶玻璃.借助差热分析、X射线衍射以及扫描电子显微镜、维氏硬度仪等研究了La2 O3和CeO2对尾矿微晶玻璃析晶行为、显微结构及性能的影响.结果表明,添加La2 O3和CeO2后尾矿微晶玻璃的主晶相均未发生改变,但稀土的添加会诱导微晶玻璃内产生元素集聚体.聚集体内Si元素分布均匀,稀土元素以及Al、Na聚集,元素Ca和Fe缺失.聚集体的形成致密化玻璃网络结构,从而增加裂纹扩展阻力,消耗裂纹扩展过程中的能量,抑制裂纹的扩展并最终提高材料的维氏硬度.     

CaO对MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃结构与性能的影响

以化学纯试剂为原料,采用熔融法制备MgO-Al2O3-SiO2(MAS)系微晶玻璃.利用DSC、XRD、SEM等及理化性能测试手段研究了不同CaO含量对微晶玻璃析晶行为、物相组成、显微结构及理化性能的影响.结果表明:一定含量的CaO可以降低析晶活化能,促进玻璃析晶;随CaO含量的增加,微晶玻璃主晶相由假蓝宝石向α-堇青石转变,晶体形貌由棒状晶转变为枝状晶,晶粒尺寸呈先减后增的趋势;当CaO含量为3wt;时微晶玻璃热膨胀系数和相对介电常数(εr)达到最低,分别为3.89×10-1℃-1和10.09(1 MHz);当不外添CaO时微晶玻璃Vickers硬度达到最大,为10.52 GPa.