Mg_Al_Si堇青石微晶玻璃及其微观结构
粉煤灰堇青石微晶玻璃中堇青石的形成过程研究_吕彦杰
进行湿化学法全分析， 分析结果见表 １。由表 １ 可知，
表 １ 选用粉煤灰的化学组成
ｗ／％
ＳｉＯ２ Ａｌ２Ｏ３ Ｆｅ２Ｏ ＴｉＯ２ ＣａＯ Ｍｇ ＭｎＯ Ｋ２Ｏ Ｎａ２Ｏ Ｉ．Ｌ． ∑ ５７．４７ ２７．８２ ２．７４ ０．５２ １．７６ ３．９７ ０．０７ １．５５ ０．３３ ２．８９ ９９．１２
０ 前言 粉煤灰是我国目前排放量最大的燃煤副产品之
一， 同时也是一种工业废弃物。我国目前粉煤灰利用率 只有 ４０％～５０％左右， 而累积堆放总量已达 １０ 亿 ｔ 以 上， 大部分粉煤灰仍未被利用。这些粉煤灰不仅污染环 境， 还要占用大量土地堆放， 因此积极开展粉煤灰的综 合利用已经成为当前一项刻不容缓的紧迫任务［１］。
由图 ２ 可以看出： ９５０℃图谱中出现了石英、莫来 石、方镁石的特征衍射峰， 且衍射峰均较强； １ ０００℃和 ９５０℃图谱大体相同， 石英的衍射峰明显降低； １ ０５０℃ 图谱中开始出现顽火辉石， 石英的衍射峰继续降低。 ９５０℃、１ ０００℃和 １ ０５０℃三幅图的衍射基线在 ２θ１５°～ ３０°之间出现较为明显的玻璃质弥散峰。
由于粉煤灰的主体成分接近高岭土， 因而制备堇 青石配料时需另外引进氧化铝和氧化镁。本实验所用 原料有粉煤灰、工业氧化铝和氧化镁， 并以一定量的甲
基纤维素作为粘结剂。
粉煤灰取自武汉钢铁集团公司自备电厂， 经湿法
磁选去铁后过 ３２５ 目筛， 取筛下部分， 经 ＪＩ－ １１５５ 型激
光粒度测试仪测试其平均粒径为 ２５．３０ μｍ。对粉煤灰
本 实 验 采 用 日 本 理 学 电 机 侏 式 会 社 生 产 的 Ｄ／ ＭＡＸ－ ＩＩＩＡ 型 Ｘ 射线衍射仪对烧成试样进行物相分析， 采用日本 ＪＥＯＬ 公司生产的 ＪＣＸＡ－ ８８００Ｒ 型电子探针 Ｘ 射线显微分析仪测定试样的显微结构及微区化学组 成。 ２ 结果与讨论 ２．１ 不同温度下物相的 ＸＲＤ 分析
以钾长石制备α-堇青石微晶玻璃及其性能研究
以钾长石制备α-堇青石微晶玻璃及其性能研究吴剑芳;李珍;何航;黄焱球;李飞;郝小非【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2013(027)010【摘要】以钾长石为主要原料,制备了α-堇青石微晶玻璃.采用差热分析(DSC)、X 射线衍射仪(XRD)及场发射扫描电子显微镜(FESEM)分别研究了微晶玻璃的烧结和晶化行为、晶相组成及显微结构.探讨了晶化温度对微晶玻璃晶相、显微结构及性能的影响.结果表明,随着温度的升高,微晶玻璃中α-堇青石含量先增加后减小,而微晶玻璃孔隙先变少后增多；微晶玻璃抗折强度(最高达到131 MPa)高,介电常数(最低为4.56,200 kHz)及介电损耗(最低为0.030,200 kHz)低,晶化温度低于1000℃,可以用作低温共烧陶瓷材料.【总页数】4页(P124-127)【作者】吴剑芳;李珍;何航;黄焱球;李飞;郝小非【作者单位】中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)材料与化学学院,武汉430074;中国地质科学院郑州矿产综合利用研究所,郑州450006【正文语种】中文【中图分类】TQ174;TB321【相关文献】1.MgO-Al2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃的制备及性能研究 [J], 王方;戴金辉;沈震雷2.堇青石基微晶玻璃的制备方法及性能控制 [J], 刘浩;张永爱;袁坚3.二氧化锆掺杂堇青石微晶玻璃的制备与性能研究 [J], 朱归胜;张秀云;余日光;李瑾瑾;王盼;陈国华;徐华蕊4.珍珠岩制备单一α-堇青石微晶玻璃及其性能 [J], 于永生;郝小非;彭琪;宋鲁侠;李珍5.镁铝硅系堇青石基微晶玻璃的制备及性能研究 [J], 吴钟晴;成茵;周伟伟;吴腾宴;黄小光因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃微观结构的分子动 力学模拟
Material Sciences 材料科学, 2019, 9(2), 164-169Published Online February 2019 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2019.92021Molecular Dynamics Simulation for theMicro-Structure of MgO-Al2O3-SiO2Glass-CeramicsYonghao Zhang, Jinlong Zhang, Shengwei Li, Kaixuan Cui, Jianjian WangSchool of Materials Science and Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan ShandongReceived: Jan. 31st, 2019; accepted: Feb. 12th, 2019; published: Feb. 19th, 2019AbstractIn this paper, MgO-Al2O3-SiO2 glass-ceramics were calculated by using a molecular dynamics me-thod in this paper, and the microstructure characteristics of the system and the influence of SiO2 content on its network structure were obtained. It is shown by the calculation results that: In the MAS system at high temperature, the mean square displacement (MSD) of Mg2+ is the largest, fol-lowed by Al3+, followed by O2+ and the MSD of Si4+ is the smallest. The binding force between Si and O in MAS glass-ceramics is the strongest, followed by the force between Al and O, and the binding force between Mg and O is the weakest. The number of tetrahedrons is from more to less, followed by [SiO4] and [AlO4]. With the increase of SiO2 content, the number of [SiO4] tetrahedrons gradually increased, and the number of [AlO4] tetrahedrons increased at first and then decreased, and final-ly reached a state of equilibrium.KeywordsMgO-Al2O3-SiO2 Glass-Ceramics, Molecular Dynamics Simulation, Micro-Structure, SiO2MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃微观结构的分子动力学模拟张永豪，张金龙，李省伟，崔凯旋，王健健山东建筑大学，材料科学与工程学院，山东济南收稿日期：2019年1月31日；录用日期：2019年2月12日；发布日期：2019年2月19日张永豪 等摘要本文对MgO-Al 2O 3-SiO 2 (MAS)微晶玻璃的高温体系的微观结构进行了分子动力学模拟，得出该体系微观体系结构特点以及SiO 2含量对其网络结构的影响。
晶化时间对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃相转变及热膨胀性能的影响
进行处理 。
２ 实 验
２ ｉ微 晶玻璃的制备 ．
按表 １ 所设 计 的玻 璃 氧化物 组成 进行 配料 计算 ， 准
将热处理好的微晶玻璃研磨成小于 ６ ｍ的粉体 ， Ｏ 在 Ｄｍｘｒ ／ ａ — Ｂ型 Ｘ 射线粉 末衍射仪上进 行晶相分析 。 一 实验条
件为 Ｃ ｕ靶 Ｋ 射线 ， 。 扫描 电压为 ４ ｋ ， ０Ｖ 电流 为 ５ｍ ． ０ Ａ 扫描
随 着 晶化 时 间 的延 长 ． 膨 胀 系 数逐 渐 减 小 。 热
关键词
Ｍ ＯＡ ２－ ｉ： ｇ— Ｉ ３Ｓ ０ 微晶玻璃 ， ０ 晶化时间 ， 相转变 ， 热膨胀系数
４ ｈ熔化 ．熔化后 的玻璃熔体 快速浇铸 到温度 约 ４ ０ ０ ℃的 钢 制模 具 中 ．在 ６ ０ ０ ℃退火炉 中保 温 ３ ，随炉 冷却至 室 ｈ
范围为 ５ 。～７ 。 ， ５ 扫描速 度为 ４ ｍ ｎ 。／ ｉ 。将 热处理 后 的
确称取各化学纯 的原料 ， 并将其混合均匀 。 将混合均匀 的
镁铝硅系低膨胀微晶玻璃的制备及性能研究
镁铝硅系低膨胀微晶玻璃的制备及性能研究信息技术的迅猛发展,推动着集成电路系统不断朝着高密度化、超大规模化和多功能化方向发展,也使得电子封装技术日新月异,这对电子封装基板材料提出了更高要求。
镁铝硅微晶玻璃因其低热膨胀系数、高抗弯强度以及优良的介电性能在LTCC封装材料领域有巨大应用潜能。
本文以镁铝硅微晶玻璃为研究对象,通过对基础配方、掺杂改性的研究,以提高优化该体系封装材料的综合性能。
本实验选用热膨胀系数低、机械性能优良的镁铝硅微晶玻璃为对象,研究了基础配方和不同掺杂对其微观结构、晶相、热膨胀系数、抗弯强度、介电等性能的影响。
在镁铝硅微晶玻璃体系中,Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>具有明显的促进析晶的作用,适量掺杂Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,抗弯强度提高,热学性能优良。
Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>的掺杂量为3wt%时,样品性能最佳,具有高抗弯强度（180MPa）、低介电常数（5.50）、低热膨胀系数(1.71×10<sup>–6</sup>/°C)。
在镁铝硅微晶玻璃体系中,掺杂2wt%的TiO<sub>2</sub>时,样品性能最佳,抗弯强度高（184MPa）、低热膨胀系数(1.76×10<sup>–6</sup>/°C)。
在镁铝硅微晶玻璃体系中,B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>具有明显的降烧作用,适量掺杂B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>,样品的微观结构致密,抗弯强度高,同时具有优异的介电性能。
堇青石基微晶玻璃添加剂作用
一、氧化物添加剂[1]Journal of Non-Crystalline Solids 286(2001) 51-57[2]Journal of Non-Crystalline Solids 219(1997) 219-227[3]Journal of American Ceramics Society 83(5) (2000) 1259-1265[4]Journal of Ceramics International 24(1998) 139-144二、稀土氧化物添加（氧化铈）1. 添加氧化铈能够明显抑制μ-堇青石相的形成和促进μ-堇青石向α-堇青石的转变。
氧化铈的加入降低了微晶玻璃的烧结活化能和堇青石微晶玻璃的烧结温度,添加氧化铈质量分数为4%的微晶玻璃的μ-堇青石转变为α-堇青石的最低温度约为900℃,此时烧结样品几乎完全致密化,但氧化铈加入量太多将会阻止微晶玻璃的烧结和晶化。
微晶玻璃的抗折强度随氧化铈含量的增加而增加,当氧化铈为4%时样品的抗折强度达到最大值。
微晶玻璃的热膨胀系数随着氧化铈含量的增加变化不大。
（陈国华刘心宇，硅酸盐学报，2004年05期）2. 由氧化物粉末(MgO、Al2O3和SiO2)制备堇青石陶瓷时,添加CeO2在1370℃烧结3h,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。
随CeO2含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。
适量添加CeO2(质量分数为0.02～0.04),显著降低中间相(方石英、尖晶石)的含量。
CeO2的作用主要与改变Si4+、Al3+和Mg2+离子的扩散有关。
（史志铭，等，清华大学学报(自然科学版)，2001年10期）3. 添加稀土氧化铈的微晶玻璃的极化机理表现为空间电荷极化.介电性能的温度特性说明,添加稀土氧化铈的微晶玻璃样品介电损耗随温度的增加而增加,介电常数随温度的增加基本不变。
（陈国华刘心宇，压电与声光，2005 V ol.27 No.3）4. 稀土氧化铈对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃陶瓷晶化及性能的影响:添加适量的氧化铈有利于改善玻璃液的澄清效果,消除气泡,使玻璃结构紧凑,材料力学性能和耐碱性均有所提高。
MgO-Al2O3-SiO2系堇青石微晶玻璃的制备及性能研究
海）和 Ｘ 射线衍射仪（ＸＲＤ：Ｄ８Ａｄｖａｎｃｅ，德国）分析玻璃试样 的热性能和析晶性能。采用三点弯曲法测量试样的抗弯强 度，加载速率 为 ０．５ｍｍ／ｍｉｎ。 采 用 单 边 切 口 梁 法 测 定 断 裂 韧 性 ，加 载 速 率 为 ０．０５ｍｍ／ｍｉｎ。
２ 结 果 与 讨 论
２．１ 差 热 分 析 本实验所选择ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＭｇＯ－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２ 三元系基础玻 璃 试 样
晶化试样抗弯强度和断裂韧性随晶化温度的变化关系 如图３所示。从图３中可以看出，晶 化 温 度 对 试 样 的 力 学 性 能有显著的影响。随着晶化温度的升高，试 样 的 抗 弯 强 度 和 断裂韧性均呈现明显的台阶式上升趋势。当晶化温度低于 ８５０℃时，力学性能处于第一个台阶，其 抗 弯 强 度 和 断 裂 韧 性 指标均略高于基础玻璃 的 相 应 数 值，当 晶 化 温 度 在 ８５０℃ 以 上时，试样的 抗 弯 强 度 和 断 裂 韧 性 急 剧 升 高 到 一 个 新 的 平 台，然后缓慢 升 高。 从 基 础 玻 璃 的 ＤＴＡ 分 析 结 果 可 知，在 ８００～８５０℃区间，基 本 上 处 于 玻 璃 的 核 化 阶 段，由 于 在 玻 璃 的结构中仅存在 α－堇青石的微小晶核，材 料的主体仍以基 础 玻璃为主（ＸＲＤ 图谱上的非晶态特征十分明显），所以对材料 力学性能的提高仅有微小的贡献。随着晶化温度的进一步 升 高 ，α－堇 青 石 晶 核 进 入 快 速 生 长 阶 段 ，在 材 料 显 微 结 构 中 形 成的大量 α－堇青石 细 小 晶 粒 是 导 致 材 料 性 能 快 速 提 高 的 主 要原因。随着晶化温度的进一步升高，试 样 的 抗 弯 强 度 缓 慢 上升，在１１００℃时达到 最 大，而 断 裂 韧 性 几 乎 维 持 稳 定。 高 于１１００℃时，试样表现出 熔 融 迹 象，热 处 理 后 不 能 保 持 表 面 形 状 ，所 以 不 再 考 虑 １１００℃ 之 上 的 微 晶 化 处 理 。 ２．２．２ 晶 化 时 间 对 性 能 的 影 响
低热膨胀系数堇青石微晶玻璃的制备
· 239 ·第 39 卷 第 2 期Journal of CeramicsVol.39 No.2Apr. 2018第 39 卷 第 2 期2018 年 4 月Received date:2017-03-17. Revised date:2017-10-07.Correspondent author:LUO Minhua(1971-), male, Ph.D., Professor.E-mail:luoboshihou@收稿日期：2017-03-17。
修订日期：2017-10-07。
基金项目：国家自然科学基金(51762023, 51362013)；科技部国际合作项目(2015DF152960)；江西省杰出青年人才计划(20171BCB23070)；江西省科技厅项目(20142BAB206006，20171BBE50006)；江西省普通本科高校中青年教师发展计划访问学者专项资金。
通信联系人：罗民华(1971-)，男，博士， 教授。
DOI：10.13957/ki.tcxb.2018.02.021低热膨胀系数堇青石微晶玻璃的制备肖卓豪 1，董晓烽 1，罗民华 1，梁华银 1，罗文艳 1，于新楠 1，易维民 2，李秀英 1(1. 景德镇陶瓷大学 材料科学与工程学院，江西 景德镇 333403；2. 江西冠亿研磨股份有限公司，江西 奉新 330700)摘 要：采用传统熔体冷却法制备了MgO-A12O 3-SiO 2玻璃，并通过热处理进一步获得了堇青石基微晶玻璃。
探索了ZrO 2/TiO 2复合成核剂及热处理制度对微晶玻璃析晶性能及热膨胀系数的影响规律。
结果表明，MgO-A12O 3-SiO 2体系有较强的表面析晶倾向，晶核剂的加入能降低析晶温度，同时有利于诱导样品发生均匀析晶，并能促进低温型堇青石相向膨胀系数更低的高温型堇青石相转变，有利于降低堇青石微晶玻璃材料的膨胀系数。
在复合晶核剂作用下，当析晶温度为1050 ℃，保温时间为60 min时，可获得最低热膨胀系数为1.03×10-6/℃的堇青石微晶玻璃材料。
微晶玻璃
.1 绪论1.1 微晶玻璃的定义1.1.1 定义及特性微晶玻璃（glass-ceramic）又称玻璃陶瓷，是将特定组成的基础玻璃，在加热过程中通过控制晶化而制得的一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料。
玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它是一种亚稳态，较之晶态具有较高的内能，在一定的条件下，可转变为结晶态。
从动力学观点看，玻璃熔体在冷却过程中，黏度的快速增加抑制了晶核的形成和长大，使其难以转变为晶态。
微晶玻璃就是人们充分利用玻璃在热力学上的有利条件而获得的新材料。
微晶玻璃既不同于陶瓷，也不同于玻璃。
微晶玻璃与陶瓷的不同之处是：玻璃微晶化过程中的晶相是从单一均匀玻璃相或已产生相分离的区域，通过成核和晶体生长而产生的致密材料；而陶瓷材料中的晶相，除了通过固相反应出现的重结晶或新晶相以外，大部分是在制备陶瓷时通过组分直接引入的。
微晶玻璃与玻璃的不同之处在于微晶玻璃是微晶体（尺寸为0.1～0.5μm）和残余玻璃组成的复相材料；而玻璃则是非晶态或无定形体。
另外微晶玻璃可以是透明的或呈各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃一般是各种颜色、透光率各异的透明体。
尽管微晶玻璃的结构、性能及生产方法与玻璃和陶瓷都有一定的区别，但是微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多相特征，集中了玻璃和陶瓷的特点，成为一类独特的新型材料。
微晶玻璃具有很多优异的性能，其性能指标往往优于同类玻璃和陶瓷。
如热膨胀系数可在很大范围内调整（甚至可以制得零膨胀甚至是负膨胀的微晶玻璃）；机械强度高；硬度大，耐磨性能好；具有良好的化学稳定性和热稳定性，能适应恶劣的使用环境；软化温度高，即使在高温环境下也能保持较高的机械强度；电绝缘性能优良，介电损耗小、介电常数稳定；与相同力学性能的金属材料相比，其密度小但质地致密，不透水、不透气等。
并且微晶玻璃还可以通过组成的设计来获取特殊的光学、电学、磁学、热学和生物等功能，从而可作为各种技术材料、结构材料或其他特殊材料而获得广泛的应用。
堇青石的晶体结构
堇青石的晶体结构
堇青石晶体结构
堇青石的晶体结构是非常复杂的，它实际上是由多种物质组成的复合结构。
它主要由硅、铝、钙、氧四种元素组成，其中硅和氧是主要成分，其中硅的含量约为68.7%，氧的含量约为31.3%。
其次是铝和钙。
堇青石的晶体结构包括以下几个部分：(1)石英晶体六方架构;(2)一层薄膜架构;(3)二层薄膜架构;(4)三层膜架构;(5)复合水结构;(6)非晶层;(7)三层整体架构。
其中，石英晶体六方架构是最主要的结构，结构中由许多螺旋结构的六方体，这些六方体的交汇处可以理解为一种由硅原子和氧原子组成的网状结构。
另外，一层薄膜架构，二层薄膜架构，三层膜架构等架构结构是一种复合架构，它们是由硅原子和铝原子、钙原子组成的网状结构。
复合水结构是一种由硅和氧组成的网状结构，它们的交汇处连接在一起。
而非晶层则是由硅原子和氧原子构成的网状结构，这些原子之间的相互作用使它们形成的网状结构能够很好地影响堇
青石的光学性质。
最后，三层整体架构，是一种由硅原子、铝原子和氧原子组成的网状结构，这些原子之间的相互作用也影响着堇青石的特性。
堇青石的晶体结构复杂且十分丰富，上文仅介绍其主要的结构，不能完全的描述其晶体的复杂结构。
堇青石的晶体结构不仅会影响石头的光学性质，而且还会影响石头的力学性质，从而影响到石头的诸
多性能及能耗等。
Mg—Al-Si系微晶玻璃的研究
根据 Ｍｇ Ｏ３ ｉ 三 元 相 图【 选 择 Ｏ一 一Ｓｏ２ 引，
堇青 石 相 区 内 成 分 点 ， Ｏ， ｏ３Ｓｏ Ｍｇ ， ｉ ２分 别 占 １ ． ％ ， ５ １ ％， ０ ０ ％ ， 入 适 量 晶 核 剂 ４８ ３ ． ６ ５ ． ４ 加 Ｔ ０ 、 ｒ ２ 适量 助熔 剂 Ｂ ｏ３ ＮａＣ 。玻 璃 ｉ ２Ｚ ０ 与 ２ 和 ２ Ｏ３
Ａ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｅａ ｉ ｎ ｈ ｐ ｅ ｗｅ ｎ ｈ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔｍｅ ｈ ｄ ｎ ｃ ａ ｉａ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｃｏ— ｃ ｙ ｔｌ ｂ ｔａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｔ ｓ ｉ ｓ ｂ ｔ ｅ ｅ ｔｔ ｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｓ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉ ｆ ｍｉｒ ｏ ｅ ｒ ｓａ ｇ ａ ｓ ｃ ｎ ａ ｎ ｎ ０２ ｎ ｌｓ ｏ ｔ ｉ ｉ ｇ Ｔｉ ｄ Ｚ ａ ａ ｕ ｌａ ｉｇ ａ ｅ ｔ ａ ｅ ｓｕ ｉｄ ｂ ｓ ｇ ＸＲＤ ， ｓｎ ｃｅ ｔ ｇ ｎ ｓ ｒ ｔ ｄ ｅ ｙ ｕ ｉ ｎ ｎ ＤＴＡ ｎ ＥＭ ．Ｔｈ ｈ ｎ — ａ ｄＳ ｅｃ ａ ｇ
Ｖ １２ ． ｏ．５Ｎｏ３
Ｓ ｐ２０ ｅ ．０ ６
文章 编 号 ：６ ２ ７ ７ ２ ０ ） ３ ０ ８ ３ １ ７ —３ ６ （０ ６ ０ —０ ７ ～０
Ｍｇ 卜 Ｓ 系微 晶玻 璃的研究 —Ａ ｉ
韩 野， 宋 强 ， 曹高 辉
（ 东科技 大学 材料科 学与 工程 学院， 山 山东 青 岛 ２ ６ １ ） ６ ５ ０
ｉｇ ｒｌｔ ｎ ｈ ｐ ｅｗｅ ｎ ｈ ａ ｒａｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ，ｔ ｐ ｓｏ ｒ ｓａ ｐ ａｅ ｎ ｅｈ ｎｃ ｌ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ・ ｎ ｅａｉ ｓ ｉｓｂ ｔ ｅ ｅ ｔｔｅ ｔ ｎ ｔ ｏ ｓ ｙ ｅ ｆｃｙ ｔｌ ｈ ｓｓａ ｄｍ ｃ ａ ｉａ ｏ ｅｔ ｆ ｏ ｐ ｅ ｍｉ
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2
武
汉
理
工
大
学
学
报
2010 年 7 月
1
1. 1
石, 以此设计了 M gO Al2 O3 SiO2 系列微晶玻璃的组成 , 实验采用的经优化后的基础玻璃配方如表 2 所示。
w/ %
按表 2 准确配料, 玻璃配合料经球磨混 合均匀, 筛分后装入刚玉坩埚中, 置入硅钼棒 炉内, 以 3~ 8 / min 的升温速率升至 1 450 , 保温 3 h, 熔化后的玻璃熔体迅速水淬, 得 到浅黄色的透明基础玻璃 , 基础玻璃经干燥、 球磨、 过 250 目筛后备用。采用压制成型, 将 成型后的试样放入热处理炉中, 以 5 / m in 的升温速率加热 , 烧结法制备微晶玻璃的工 艺流程如图 1 所示。热处理工艺见表 3。 1. 2 性能及结构表征 采用德国 Net zsch ST A49C 型综合热分
2
2. 1
结果与讨论
核化 、 晶化温度的确定 由图 2 可见, 这种微晶玻璃有 2 种晶体析出, DT A 曲线在 780 和 1 052. 8 和 920 两处有吸热谷, 对应着 2 种晶 处的晶化
体的核化温度, 在 885. 6
[ 5, 6]
两处的放热峰对应着 2 种晶体晶化温度。其中 885. 6
放热峰不是很明显, 且放热峰面积较小 , 该处形成的晶相为镁铝尖晶石, 随着温度的升高 , 镁铝尖晶石晶相向 堇青石晶相转变 。1 052. 8 处的晶化放热峰对应着 堇青石晶相的形成, 放热峰面积较大, 在热处 理时不易发生软化变形, 结晶程度好, 晶粒细小[ 7, 8] 。由图 2 中的 T G 曲线可见 , 基础玻璃样品在 1 000 之 前, 有微弱失重现象 , 为 0. 62% 。通过分析, 确定了实验的热处理温度为 : 核化温度为 780 1 055 2. 2 , 设计的热处理工艺见表 3。 堇青石。这与玻璃组成设计是一致的。 相组成分析 由图 3 可见 , 在不同热处理工艺下获得的样品的主晶相均为 , 晶化温度为
6
, 晶化时间 2 h 。 最佳配方 M 4 微晶玻璃的体积密 度为 2. 76 g/ cm 3 , 抗折
- 1
强度达 86. 58 M Pa, 热膨胀系数为 3. 56 10堇青石微晶玻璃 ; T Q 171. 73 热处理制度 ; 中图分类号 :
。 可望用于太阳能热发电关键材料 。 太阳能热发电 文章编号 : 1671 4431( 2010) 13 0001 05 A
6
for 1 h and the best cr ystallization temperatur e is at 1 150
3 - 1
for 2 h, the t ypical recipe of se
ries M is M 4, and its properties of bulk density ( D ) is 2. 76 g/ cm , the bending streng th is 86. 58 M Pa and the coefficient of . T his g lass cer amics has promising potential applicatio n in key mater ial o f solar ener gy heat tr eatment; microstructure and properties; solar energ y power gener
3
提高成核密度, 易于晶化 [ 9, 10] 。
2. 3
显微结构研究
由图 4~ 图 8 可见 , 样品中有大量分布均匀的尺寸为 0. 01~ 0. 2 m 颗粒状晶粒及 0. 3~ 2 m 条棒状晶 粒, 少量分布均匀的尺寸均一闭口气孔。这样的微观结构使微晶玻璃样品结构致密、 有较高的力学强度和低 的吸水率等良好性能 , 如表 4 所示 , 最佳样品 M 4 的抗折强度达到 86. 58 MPa, 体积密度为 2. 76 g / cm 3 。
4
武
汉
理
工
大
学
学
报
2010 年 7 月
对比 M 1、 M 2、 M 3 样品的 SEM 形貌图可知 , 随着核化时间的延长 , 试样中出现晶粒大小不均匀的现 象, M 1 样品中存在大量的尺寸为 1 m 左右的微小晶粒和大量均一的闭口气孔。对比 M 1 、 M 4、 M 5 样品 的 SEM 形貌图可知, 随着晶化时间的延长 , 晶粒尺寸明显增大 , 晶粒大小不一 , 这对于微晶玻璃的力学性能 将产生不利影响 , 如 M 5 样品的抗折强度为 78. 55 M Pa, 小于 M 4 样品的抗折强度。由此确定核化保温 1 h, 晶化保温 1 h 为最佳核化、 晶化制度。 2. 4 性能测试分析 由 表 4 可 见, 样 品
( School of M aterials Science and Eng ineering, W uhan U niversity of T echnology , Wuhan 430070, China)
Abstract:
T he alumina, Suzhou clay and talc are used as the main r aw materials and titanium diox ide as nucleation agent to
实 验
样品制备 采用荷兰 PANalyt ical 公司生产的 AXIOS advanced 波长色散型 X 射线荧光光谱仪分析原料的化学组 堇青
成, 结果如表 1 所示。堇青石化学分子式为 2M gO#Al2 O 3#5SiO 2 , 实验希望得到的微晶玻璃主晶相为
表 1 原料的化 学组成 原料 桂广滑石 苏州土 工 业氧化铝 SiO2 56. 51 48. 02 0. 30 Al2 O3 2. 11 37. 84 99. 18 Fe2O3 0. 98 0. 10 0. 04 T iO 2 0. 09 0. 63 0 CaO 1. 31 0. 07 0. 03 M gO 30. 69 0 0 K 2O 0. 006 9 0 0. 01 N a 2O 0. 018 0 0. 08 IL 7. 44 12. 96 0. 12 99. 15 99. 62 99. 74
徐晓虹 , 刘 强 , 吴建锋, 叶 芬, 成 昊, 汪 珂
( 武汉理工大学材料科学与工程学院 , 武汉 430070)
摘
要:
以氧化铝 、 苏州土 、 滑石为原料 , 以 T iO2 为晶核剂 , 采用粉末烧结法制 备了堇青石微晶玻璃 。 采用差 热热重分
析仪 ( T G DT A) 确定了基础玻璃的核化 、 晶化温度 , 采用 X 射线衍射 仪 ( X RD) 、 扫 描电镜 ( SEM ) 分 析了材 料的相 组成及 显微结构 。 结果表明 : 通过热处理工艺的调控可得到不同晶粒尺寸和性能的堇青石微晶玻璃 。 最佳的热 处理工艺为 : 核 化温度 780 关键词 : , 核化时间 1 h; 晶化温度 1 055
表2 桂广滑石 35~ 40 苏州土 42~ 48
基础玻璃配方 T iO2 2~ 4 BaCO 3 2~ 4
w/ % Ca( OH) 2 2~ 5
工业氧化铝 5~ 10
表 3 热处理工艺 样品编号 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 核化温度 / 780 780 780 780 780 核化时间 / h 1 2 3 1 1 1 055 1 055 1 055 1 055 1 055 晶化温度 / 晶化时 间/ h 1 1 1 2 3
样品编号 M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 W a/ % 0. 68 0. 59 0. 47 0. 35 0. 24 P a/ % 1. 78 1. 43 1. 09 0. 94 0. 66 表4 样品性能测试结果 D / ( g#cm - 3) 2. 32 2. 41 2. 42 2. 76 2. 74 / ( 106 - 1
图 3 中出现较强的晶体衍射峰 , 衍射峰多且强度高 , 大部分峰的结晶度都在 75% 以上, 尤其是 M 4 样品的结 晶率达到 85% , 说明样品析晶性能较好 , 表明通过添加晶核剂, 在合适的热处理制度下可诱导非均匀成核,
第 32 卷
第 13 期
徐晓虹 , 刘
强 , 吴建锋 , 等 : M g Al Si 堇青石微晶玻璃及其微观结构
结构与性能 ;
文献标识码 :
Research on Cordierite based Glass ceramics and Its Microstructure by Sintering
X U X iao hong, LI U Qiang, W U Jian f eng , YE Fen, CH EN G Hao , WA N G K e
第 32 卷
第 13 期
武
汉
理
工
大
学
学
报
2010 年 7 月
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vo l. 32 N o. 13 Jul. 2010
DOI: 10. 3963/ j. issn. 1671 4431. 2010. 13. 001
Mg Al Si 堇青石微晶玻璃及其微观结构
pr epar e the co rdierite based g lass ceramics by sinter ing . T he nucleat ion and cr ystallization temperatur e of basic g lass, phase co mpositionestigated by means of T G DT A, XRD and SEM . T he results indicate t hat the different crystallite dimension and proper ties of glass cer amics are controlled by adjusting the heat treatment. Accordingly, t he best nu cleation temperature is at 780 ther mal expansion is 3. 56 10pow er generating.