温度对CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2系纳米晶玻璃陶瓷结构影响的拉曼光谱研究

采用熔融法制备了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系纳米晶玻璃陶瓷材料。在-190~310℃温度范围,利用显微共聚焦拉曼光谱测量分析了该体系纳米晶玻璃陶瓷硅氧四面体结构的变化规律。结果表明,随着温度的降低具有不同非桥氧键的硅氧四面体结构单元变化并不一致,位于三维硅氧四面体结构边缘的具有二个非桥氧键的硅氧四面体(Q2)和具有三个非桥氧键的硅氧四面体(Q1),以及完全独立于三维硅氧网络结构外的具有四个非桥氧键的硅氧四面体(Q0)受温度影响明显,其拉曼光谱均向高波数移动,键的力常数变强,硅氧键长变短。为丰富外环境对纳米晶玻璃陶瓷材料结构与性能影响的研究提供了实验依据,也为控制该体系纳米晶玻璃陶瓷材料的膨胀系数提供了一定的实验依据。     

辉石系矿渣微晶玻璃冲蚀磨损研究

采用熔融法以白云鄂博尾矿和粉煤灰为主要原料,制备了亚微米级辉石系矿渣微晶玻璃.采用XRD、SEM表征了其结构.以等量国产标准36#黑色SiC颗粒为磨粒,分别研究了该微晶玻璃在不同冲蚀角(30°～ 90°)、磨粒流量(0.22～3.9 g·s-1)、载荷(0.1 ～0.5 MPa)下的磨耗量变化规律.并通过冲蚀表面、剖面分析,单冲击实验和断裂分析研究了该微晶玻璃冲蚀磨损过程和机制.结果表明该微晶玻璃在相应冲蚀条件下,磨耗量随冲蚀角的增加逐渐增大;随磨粒流量的增加而减少;随着载荷的增加而线性增加.其冲蚀磨损去除方式以远大于晶粒的颗粒或残片脆性断裂为主导,部分冲蚀区域会产生冲蚀裂纹.断裂主要沿晶断裂或者穿过玻璃相断裂,也可能存在穿晶解理断裂.     

微波法热处理制备CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的研究

以二氧化硅,三氧化二铝,氧化钙和氧化镁为主要原料,分别采用微波辐射和传统电加热制备了一系列CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS)系微晶玻璃材料,对比两种方法的热处理制度对微晶玻璃结构与性能的影响,并进一步讨论了微波非热效应的影响.利用DTA、XRD、SEM和综合力学性能仪等手段,研究了两种对该系微晶玻璃显微结构及性能的影响.实验结果表明,两种方法制备的微晶玻璃主晶相均为辉石相,力学性能也基本相当.与传统热处理方法相比,微波法可在更短时间内制备出性能较好的微晶玻璃材料,微波非热效应有助于降低其晶化温度.     

铁含量及价态对白云鄂博尾矿微晶玻璃析晶特性及性能的影响

以白云鄂博尾矿及粉煤灰等固体废弃物为主要原料,采用熔融法、经退火、核化及晶化热处理制备得到了以辉石为主晶相的CaO-MgO-Al2O3-SiO2 (CMAS)系尾矿微晶玻璃.利用化学分析方法测定了不同氧化铁及碳含量对微晶玻璃中Fe3+/Fe2+的影响;利用XRD、DTA、SEM等研究了不同氧化铁及碳含量对微晶玻璃结构及析晶特性的影响.结果表明,不同氧化铁添加量对微晶玻璃中Fe3+/Fe2影响很小,因此对微晶玻璃的析晶特性无本质影响.而随着还原碳粉的加入,Fe3+/Fe2与未加碳粉相比减小明显,微晶玻璃中FeO质量分数的增加极大地提高了微晶玻璃的析晶特性.但过量的碳粉加入导致单质铁的析出,反而降低了微晶玻璃的析晶能力.上述析晶特性的变化直接影响到微晶玻璃的耐酸度及抗折强度.     

含稀土元素的矿渣纳米晶玻璃陶瓷的光谱学研究

利用白云鄂博矿资源废弃物中有价元素以共伴生形成存在的特点制备了高性能的矿渣纳米晶玻璃陶瓷。本文采用电感耦合等离子发射光谱（ICP）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）等测试方法对样品的成分和结构进行了深入分析。ICP和XRD、SEM实验结果表明,我们制备的玻璃陶瓷是主晶相为透辉石,晶粒尺寸在45～100nm范围含稀土元素的纳米晶玻璃陶瓷,SEM面扫所显示的元素与ICP成分分析结果较为一致。Raman分析表明,其非晶相主要由具有不同非桥氧键的硅氧四面体结构单元构成的三维网络结构,进一步分析发现稀土微量元素对网络结构有十分明显的影响。我们把矿渣纳米晶玻璃陶瓷与相似成分的玻璃陶瓷的拉曼光谱对比,发现矿渣纳米晶玻璃陶瓷的拉曼谱带普遍比玻璃陶瓷对应的拉曼谱带波数低。相似成分的玻璃陶瓷与矿渣纳米晶玻璃陶瓷的成分差别主要是稀土元素等微量元素。本文的研究方法为研究玻璃陶瓷的成分与结构、性能之间的关系提供了一种研究思路。     

熔制坩埚对CaO-Al2O3-MgO-SiO2系矿渣微晶玻璃结构与性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法分别在氧化铝坩埚和石墨坩埚熔制制得CaO-Al2O3-MgO-SiO2 (CAMS)系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM、EDS、ICAP、XPS等测试手段,研究了不同坩埚熔制对微晶玻璃成分、显微结构及性能的影响.研究表明:高温玻璃熔液对氧化铝坩埚的侵蚀作用及石墨坩埚的还原作用,使基础玻璃中Al2O3和Fe2O3含量发生较大变化,氧化铝坩埚熔制制备的基础玻璃有一个析晶峰,温度为905 ℃,对应的微晶玻璃主晶相为含铁透辉石Ca(Mg,Al) (Si,Al)2O6,而石墨坩埚熔制制备的基础玻璃出现两个析晶峰,温度分别为866℃和805℃,对应的微晶玻璃主晶相透辉石Ca(Mg,Al) (Si,Al)2O6和次晶相柯石英SiO2,由于以上原因导致制备的微晶玻璃在显微结构及理化性能上也存在一定的差异.     

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.     

基础成分配比对白云鄂博尾矿微晶玻璃结构及性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备得到了CaO-MgO-Al2O3-SiO2系尾矿微晶玻璃.制备流程包括熔融、退火、核化及晶化过程.其中玻璃熔融温度为1450℃,核化温度为720℃,晶化温度为850℃.利用XRD研究了基础玻璃成分配比对微晶玻璃结构的影响.结果表明基础玻璃成分配比直接决定微晶玻璃的主晶相形成.随着基础玻璃成分配比的变化,微晶玻璃可能形成辉石相、钙长石相、镁铁尖晶石相或磁铁矿相.当其他元素固定,CaO/MgO和CaO/Al2O3比值的减小会导致微晶玻璃由辉石相转变为镁铁尖晶石相和钙长石相.而当SiO2/CaO比值大于2时,主晶相则由辉石相转变为磁铁矿相.DTA测试结果表明CaO有利于析晶温度的降低,而MgO、Al2O3和SiO2相对提高了析晶温度.力学性能测试表明抗折强度、密度、耐酸碱度与微晶玻璃主晶相有直接关系.主晶相为辉石相的微晶玻璃具有更高的抗折强度、密度和耐酸性.