微晶泡沫玻璃

微晶泡沫玻璃（精选7篇）

微晶泡沫玻璃 篇1

南大研发出能浮在水上的微晶泡沫玻璃墙砖。在南大常州高新技术研究院,人们目睹了这一新产品。这可不是普通的墙砖,正式名称叫微晶泡沫玻璃,是由粉煤灰、碎玻璃和非金属矿土等材料加工而成,重量只有普通粘土砖的一半。

作为一种新型墙体材料,微晶泡沫玻璃的原理类似于和面发酵,高温下在内部形成微小的泡孔,尽管质量轻,力学强度却不比普通墙砖弱,且保温隔热及吸音性能好。

“它的导热系数是普通墙砖的1/3,这意味着可节能70%以上。”据介绍,该产品大量使用了粉煤灰、碎玻璃等固体废弃物,符合环保节能的要求,前景十分宽广。目前常州已有数家建材生产企业、房地产商上门,洽谈该技术的成果转化。

微晶泡沫玻璃 篇2

煤粉炉渣是煤粉炉里的煤燃烧后一部分在炉膛中粘结并且由煤粉炉底排出的废渣[1],其排放量约为粉煤灰排放量的25%。因此,煤粉炉渣已成为一种仅次于粉煤灰的燃煤电厂工业废弃物[2]。但在我国煤粉炉渣仍大量地积存,占用大量土地并造成严重的环境污染。

微晶泡沫玻璃是一种在玻璃相中均匀分布着大量微小气孔和微晶体的新型环保建筑材料[3],具有隔热、耐腐蚀、吸声、防火、防潮、轻质高强及易加工等优越性能[4],解决了传统泡沫玻璃强度不够高及微晶玻璃价格过高、表观密度较大的缺点[5],因此被广泛应用作建筑装饰材料、墙体材料、隔音材料等。

研究利用煤粉炉渣为主要原料,采用粉末法烧成技术[6]制备微晶泡沫玻璃,既可变废为宝又能保护生态环境,具有重要的经济效益和社会意义,同时又为生产微晶泡沫玻璃寻找到新的原料来源,符合我国资源的可持续发展战略目标。

1 实验

1.1 实验原料

实验用的主要原料来广东省某火力发电厂的煤粉炉渣,其化学组成见表1。图1为煤粉炉渣的X-射线衍射图,可以看出,煤粉炉渣矿物组成主要为玻璃相、SiO2(石英)和Al6Si2O13(莫来石)等物质。另加入碳酸钙(Ca CO3)作为发泡剂、磷酸钠(Na3PO4)作为稳泡剂、碳酸钠(Na2CO3)和碳酸镁(MgCO3)作为调节成分,为了防止发泡时微晶泡沫玻璃试样与坩埚粘结,以1∶3(质量比)的苏州土和石英砂作为脱模剂。

1.2 实验方法

首先将块状的煤粉炉渣粉碎至全部通过200目筛。然后与CaCO3、Mg CO3和Na2CO3按表2的配合比均匀混合,装入坩锅中,于1450℃熔融90min,将玻璃液倒入水中冷淬,制备得基础玻璃,其化学组成见表3.最后将基础玻璃球磨全部通过75μm筛备用。

将准备好的基础玻璃与Ca CO3和Na3PO4按适当比例配合,放入球磨机中混合均匀,然后装入刷好脱模剂的高温模具内并放入程控高温炉中,按图1所示的烧成曲线进行热处理:ABC为预热阶段,需要缓慢加热且需要保温一段时间使配合料中的水分脱去;CD为烧结阶段,为了防止发泡剂Ca CO3过多分解,升温速度尽可能快;DE为发泡阶段,发泡剂Ca CO3分解放出气体,软化的配合料发生体积膨胀,为了研究发泡时间对微晶泡沫玻璃的影响,分别取5分钟、10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、25分钟6组不同的发泡时间进行发泡。EFGH为稳泡和退火阶段,迅速将微晶泡沫玻璃试样冷却至600℃左右退火,使试样中产生的气孔固定,保温一段时间后随炉自然冷却至室温,以消除微晶泡沫玻璃试样中的自应力,然后将微晶泡沫玻璃试样从程控高温炉中取出并进行抛光、切割等,从而制备出微晶泡沫玻璃试样。

2 结果与分析

2.1 配合料的差热分析

图2为配合料的差热分析曲线图,从图中可以看出配合料在795℃有明显的吸热峰,对应配合料的软化温度,大约850℃的放热峰为玻璃析晶的出现,910℃时出现强烈的吸热峰,对应为碳酸钙的开始分解,990℃左右的放热峰为由碳酸钙分解产生的氧化钙与配合料中的氧化铝、氧化硅等再次反应产生新的晶相。因此可以初步确定配合料的发泡温度为940℃至1040℃之间。

2.2 发泡剂掺量对微晶泡沫玻璃性能的影响

根据微晶泡沫玻璃的用途不同,一般要求其泡径大小也不一样,微晶泡沫玻璃的泡径可在1~3mm之间选择[7,8],但通常形成2mm左右的泡径较符合微晶泡沫玻璃的要求[9,10]。

保持表3配合比不变,加入4%的稳泡剂,保持烧结制度和其他条件不变,改变发泡剂(Ca CO3)掺入量进行对比试验,分析发泡剂掺量对泡沫玻璃泡径、表观密度、抗压强度等性能的影响,测试结果见表4。

由上表可以看出,加入约4.5%碳酸钙时,发泡效果较好,当碳酸钙含量过少时,分解产生的二氧化碳量达不到发泡的效果,导致体积密度过大,孔径过小;当碳酸钙含量过多时,有个别大孔出现,还形成少量的连通孔,结构变得疏松,从而对微晶泡沫玻璃的性能产生不利影响。

2.3 稳泡剂对微晶泡沫玻璃的影响

稳泡剂的加入可以提高配合料高温条件下熔融体的粘度,降低其表面张力,预防生成小气泡相互连通形成大气泡,从而达到稳定产生的气泡结构,因此,稳泡剂的掺入量将会直接影响到微晶泡沫玻璃的性能。保持上表3配合比不变,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,保持烧结制度和其它条件不变,改变稳泡剂(Na3PO4)掺入量进行对比试验,其结果如下表5所示。

由表5可以看出,稳泡剂(Na3PO4)掺入量为2%、3%时,微晶泡沫玻璃体积密度较大,泡径较小,这是主要因为Na3PO4用量较少,此时软化体液粘度较大,生成的气体无法滞留,造成此时微晶泡沫玻璃试样体积密度较大,孔径较小。当稳泡剂(Na3PO4)掺量为4%至5%时,微晶泡沫玻璃试样的体积密度减至930kg/m3左右,泡径接近2mm,当稳泡剂(Na3PO4)掺入为6%时,虽然其表观密度降到903kg/m3,但微晶泡沫玻璃的泡径达2.56mm,抗压强度降至6.76MPa,再增加稳泡剂(Na3PO4)掺入量试样的表观密度和泡径都增大,抗压强度下降较明显,这是主要因为Na3PO4掺入量过多时,微晶泡沫玻璃试样玻璃液的粘度降低,产生的气体迅速地排出,从而导致微晶泡沫玻璃试样的表观密度增大,泡径变大。综合考虑,稳泡剂(Na3PO4)掺入量约为5%时发泡效果较为理想。

2.4 发泡温度及时间对微晶泡沫玻璃性能的影响

发泡温度和时间是影响微晶泡沫玻璃性能的关键因素之一,若发泡温度和发泡时间控制得当,配合料软化后的粘度与发泡剂产生的气体压力相平衡,则形成封闭的均匀分布小气孔,反之,如果发泡温度和时间控制不当,则可能造成产生的气体压力太大而形成开口或连通气孔,这将对材料的表观密度和泡径造成很大影响。保持上表3配合比不变,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,5%的Na3PO4为稳泡剂,表6为不同发泡温度对微晶泡沫玻璃性能的影响,表7为不同发泡时间对微晶泡沫玻璃性能的影响。

从上表6可以看出,随着发泡温度的升高,微晶泡沫玻璃的泡径逐渐变大,体积密度降低到932kg/m3的较低值后有所增加,这主要由于当发泡温度较低时,微晶泡沫玻璃中玻璃液相的粘度和表面张力较大,发泡比较困难,因而产生的气泡泡径较小;当发泡温度较高时,晶泡沫玻璃中玻璃相的粘度和表面张力变小,当玻璃液相不能将气体包裹时,不利于发泡剂碳酸钙分解产生的气泡滞留在玻璃液相中,这时就容易形成尺寸较大或连通的孔,因此发泡温度应合适才有利于微晶泡沫玻璃的性能,根据上述分析,本试验将发泡温度控制在1000℃左右。

从上表7可以看出,随着发泡时间的增大,微晶泡沫玻璃的表观密度先减小后增大,而产生的泡径一直增大,这是由于发泡过程是发泡时间比较短时,发泡不够充分,产生气泡泡径较小,表观密度也比较大;当发泡时间较长时,碳酸钙分解气体比较多,气泡内压力逐渐增大,从而突破微晶泡沫玻璃液相的包裹束缚,形成较大的气孔甚至连通的气孔,影响试样的性能。另外发泡时间过久,微晶泡沫玻璃析出的晶体较多,表观密度也会增大。因此,本试验发泡时间为20min。

2.5 微晶泡沫玻璃的性能及物相分析

以表3配合比配料,加入4.5%的碳酸钙为发泡剂,5%的Na3PO4为稳泡剂,发泡温度为1000℃,发泡时间为20min,根据1.2所述实验方法制备出微晶泡沫玻璃试样,其主要的技术性能如表8所示。

将微晶泡沫玻璃试样烘干,粉磨至通过200目方孔筛。采用D/max-IIIA型全自动X射线衍射仪测定微晶泡沫玻璃的晶相,结果如图4所示。

图4为微晶泡沫玻璃试样的XRD分析图谱,可以看出,经热处理工艺后,基础玻璃已经转化为微晶泡沫玻璃,其主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)和钙长石(Ca Al2Si2O8)。

3 结论

(1)以煤粉炉渣为主要原料通粉末法烧成技术制备微晶泡沫玻璃技术上可行的,可以提高煤粉炉渣的利用率,为生产微晶泡沫玻璃寻找到新的原料来源。经过大量实验发现,煤粉炉渣添加量为质量分数70%,发泡剂碳酸钙掺入量为4.5%,稳泡剂磷酸钠的掺入量为5%,发泡温度为1000℃,发泡时间为20min时,可制备出性能优良的微晶泡沫玻璃。

(2)XRD研究表明,利用煤粉炉渣制备出微晶泡沫玻璃样品的主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为辉石(Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6)和钙长石(Ca Al2Si2O8)。

参考文献

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[2]陆金驰,陈智.熔融法制备煤粉炉渣微晶玻璃的研究[J].中国陶瓷,2010,46(12):33-35

[3]M.I.Ryshchenko,L.A.Mikheenko.Integrated Studyof Phase Composition and Structure of Porous GlassCeramics[J].Glass and Ceramics,2003,60(5-6):168-170

[4]王晴,涂欣等.硼硅酸盐微晶泡沫玻璃耐酸性研究[J].中国陶瓷.2011,47(3):44-46

[5]朱凯华,陆雷,陈莹等.热处理制度对微晶泡沫玻璃性能的影响[J].中国陶瓷,2012,48(4):47-49

[6]冯宗玉,薛向欣,李勇.利用油页岩渣制备微晶泡沫玻璃的研究[J].材料导报,2008,22(3):131-133

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[8]高淑雅.利用废玻璃制备微晶泡沫玻璃[J].陕西科技大学学报,2005,23(6):61-64

[9]吴义军,陈克荣.泡沫玻璃与微晶泡沫玻璃的研制[J].江苏建材,2003,(2):9-10

微晶泡沫玻璃 篇3

粉煤灰是我国当前排量较大的工业废渣之一,2010年我国年排渣量达7亿吨[1]左右。随着电力工业的发展,燃煤电厂的粉煤灰排放量逐年增加,粉煤灰的处理和利用问题引起人们广泛的注意[2]。

微晶泡沫玻璃是一种在玻璃相中均匀分布着大量气孔和微晶体的新型环保材料,具有轻质、高强、隔音、保温、耐腐蚀、防火、辐射低及可加工等优点,因此被广泛应用于建筑承重墙、外墙保温材料、隔音材料等领域[3,4]。国内外利用粉煤灰制备微晶玻璃的研究很多,而关于制备微晶泡沫玻璃的研究却很少。一般都以废玻璃为主要原料,例如,Ebrico Bernardo等人[5]以碳酸钙为发泡剂和晶核剂,利用废旧阴极射线管玻璃在低温下制备了微晶泡沫玻璃;陈克荣等人[6]以废玻璃和废渣为原料制备了微晶泡沫玻璃墙体材料。

本实验以粉煤灰为主要原料,另外加入适量的化学试剂,采用粉末烧结法成功制备出了性能良好的微晶泡沫玻璃。既降低了成本,又提高了粉煤灰利用的附加值。

1 实验

1.1 实验原料

实验用的粉煤灰来自江苏南华电厂(化学组成见表1),另加入碳酸钙、十二水磷酸钠、碳酸钠和二氧化硅等作为调节成分,其中碳酸钙、十二水磷酸钠分别作为发泡剂和稳泡剂。为了防止烧结时试样与磨具粘结,用二氧化锆作为脱模剂。

1.2 实验方法

a基础玻璃的制备

将粉煤灰粉磨过200目筛,然后与二氧化硅、碳酸钠、氧化钙等按比例混合均匀后装入铂金坩埚中,于1500℃[7]下熔融1h,再将玻璃液倒入冷水中水淬,制备出基础玻璃,化学组成见表2。

b微晶泡沫玻璃的制备

将基础玻璃磨细过200目筛,然后与碳酸钙、十二水磷酸钠按一定比例混合均匀,压片成型、干燥,再放入SSX-12-16型箱式电阻炉按图1的烧成曲线进行热处理。其中AC为预热阶段,主要脱去配合料中的水分以及使配合料各部分受热均匀,CD为烧结阶段,为防止发泡剂过多分解该阶段升温速率要快,DE为发泡、析晶阶段,EF为稳泡阶段,迅速将烧结后的试样冷却到配合料软化温度以下,FG为退火阶段待试样冷却到室温后取出,切割、打磨,制备出微晶泡沫玻璃。

2 结果与讨论

2.1 配合料的DTA曲线

图2是基础玻璃的差热曲线,由图可以看出基础玻璃在890℃有明显的吸热峰,对应基础玻璃的软化温度,916℃左右基础玻璃开始析晶,产生明显的放热峰。图3是配合料的差热曲线与图2相比可以看出在994℃左右产生强烈的吸热反应,表明碳酸钙开始分解吸收大量热量。由于碳酸钙分解产生的氧化钙与配合料中的氧化铝、氧化硅等再次反应产生新的晶相[8],对应1056℃左右产生强烈的吸热峰。由图可以大致确定出配合料的发泡温度在1000~1075℃。

2.2 发泡温度对性能的影响

图4为不同发泡温度对微晶泡沫玻璃性能的影响。由图可以看出,随着发泡温度的升高,试样的气孔率先变大后逐渐减小,体积密度降低到最小值后逐渐增加。原因是发泡温度较低时,碳酸钙分解量较少、玻璃液的黏度较大,发泡困难,造成体积密度大、气孔率小;发泡温度较高时,玻璃液的黏度过小,碳酸钙分解产生的气体不能被液相包裹,且随着温度升高,玻璃液逐渐澄清,气泡变少。因此发泡温度过高或过低都不利于微晶泡沫玻璃的性能,将发泡温度选择在1020~1030℃较为合适。实验结果表明,最佳发泡温度为1025℃。

2.3 发泡时间对性能的影响

在最佳发泡温度1025℃下,分别选取5种不同的发泡时间,来研究与微晶泡沫玻璃性能的关系。图5是不同发泡时间与密度、气孔率的关系曲线。由图可以看出,随着发泡时间的延长,试样的体积密度先变小后逐渐增大,气孔率先变大后变小。因为,发泡时间过短时,发泡不充分,造成气孔率偏小,体积密度大;发泡时间过长时,发泡剂分解气体充分,气泡的内压逐渐增大,从而突破液相的包裹束缚,逸出试样表面[9,10];另外随着发泡时间的延长,试样内部析出的晶体增多,烧结程度加剧,致密度变高,气孔率下降,体积密度变大。因此发泡时间宜选择在25~35min。实验结果表明,最佳发泡时间为30min。表3是试样在1025℃,保温30min下测得的主要技术性能参数。

图6是微晶泡沫玻璃的XRD图谱,由图可以看出在1025℃下,保温30min后,有2种晶体析出,主晶相钙长石Ca Al2Si2O8、次晶相普通辉石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6,由于钙长石结构成架状[11],使得试样有较高的抗压强度和抗弯强度。

3 结论

(1)以粉煤灰为主要原料,采用粉末烧结法,再加入其他辅助原料成功制备了微晶泡沫玻璃。结果表明,随着发泡温度和保温时间的增加,试样体积密度均先减小后增大。

(2)试验结果表明最佳发泡温度为1025℃,发泡时间30min,析出的晶体有钙长石Ca Al2Si2O8、普通辉石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6,密度为1.02g·cm-3,热膨胀系数为7.51×10-6/℃,抗压强度为19.2MPa,抗弯强度为16.3MPa。

摘要：以粉煤灰为主要原料,用CaCO3作为发泡剂,Na3PO4·12H2O作为稳泡剂,制备出了性能优良微晶泡沫玻璃。研究了发泡温度、发泡时间等因素对微晶泡沫玻璃性能的影响。结果表明,随着发泡温度的升高和保温时间的增加,体积密度均先减小后增大,最佳发泡温度1025℃,发泡时间30min。析出的晶体有钙长石CaAl2Si2O8、普通辉石Ca(Mg,Fe,Al)(Si,Al)2O6;密度为1.02g.cm-3;热膨胀系数为7.51×10-6/℃;抗压强度为19.2MPa;抗弯强度为16.3MPa。

关键词：微晶泡沫玻璃,发泡温度,发泡时间

参考文献

[1]王怡径然.粉煤灰高效利用须市场与科技结合—访国家发改委环资司环境保护处处长冯良[N].中国能源报,2010-02-08(4)[2]孙建卫,刘海增,闵凡飞.粉煤灰综合利用现状[J].洁净煤技术,2011,17(1):101～104

[3]郭宏伟,高档妮,高淑雅等.微晶泡沫玻璃的研制及性能研究[J].新型建筑材料,2005,(9):48～50

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[5]Ebrico Bernardo,Giovanni scarinci.foam glass as a way of recycling glasses from cathode ray tubes[J].Glass Sci Technol,2005,78(1):7～11

[6]沈琪,陈克荣,吴义军等.泡沫玻璃与微晶泡沫玻璃的研制[J].南京大学学报.1999,35(3):373～376

[7]陈莹,陆雷,王永志.云母/β-锂辉石系可加工微晶玻璃热处理工艺的优化研究[J].中国陶瓷.2011,47(9):27～29

[8]程金树.微晶玻璃[M].北京:化学工业出版社,2006

[9]基泰戈罗德斯基.泡沫玻璃[M].北京:中国建筑工业出版社,1954

[10]陕西科技大学.玻璃工艺学[M].北京:轻工业工业出版社,1982

微晶玻璃的清洁与保养 篇4

(1) 平时不要用力碰撞玻璃面, 为防玻璃面刮花, 最好铺上台布。在玻璃家具上搁放东西时, 要轻拿轻放, 切忌碰撞。

(2) 日常清洁时, 用湿毛巾或报纸擦拭即可, 如遇污迹可用毛巾蘸啤酒或温热的食醋擦除, 另外也可以使用目前市场上出售的玻璃清洗剂, 忌用酸碱性较强的溶液清洁。冬天玻璃表面易结霜, 可用布蘸浓盐水或白酒来擦拭, 效果很好。

(3) 有花纹的毛玻璃一旦脏了, 可用蘸有清洁剂的牙刷, 顺着图样打圈擦拭即可去除。此外, 也可以在玻璃上滴点煤油或用粉笔灰和石膏粉蘸水涂在玻璃上晾干, 再用干净布或棉花擦, 这样玻璃既干净又明亮。

(4) 玻璃家具最好安放在一个较固定的地方, 不要随意地来回移动;要平稳放置物件, 沉重物件应放置玻璃家具底部, 防止家具重心不稳造成翻倒。另外, 要避免潮湿, 远离炉灶, 要与酸、碱等化工试剂隔绝, 防止腐蚀变质。

(5) 使用保鲜膜和喷有洗涤剂的湿布也可以让时常沾满油污的玻璃“重获新生”。首先, 将玻璃全面喷上清洁剂, 再贴上保鲜膜, 使凝固的油渍软化, 过十分钟后, 撕去保鲜膜, 再以湿布擦拭即可。要想保持玻璃光洁明亮, 必须经常动手清洁, 玻璃上若有笔迹, 可用橡皮浸水摩擦, 然后再用湿布擦拭;玻璃上若有油漆, 可用棉花蘸热醋擦洗;用清洁干布蘸酒精擦拭玻璃, 可使其亮如水晶。

利用抛光砖污泥制备微晶玻璃研究 篇5

陶瓷抛光砖污泥是瓷质砖经研磨抛光工序而产生的废渣。瓷质研磨抛光工序通常将从砖坯表面去除0.5~0.7毫米表面层。据统计,我国陶瓷抛光砖产量已达8亿m2,全国抛光砖生产线每年产生污泥数量巨大[1]。陶瓷抛光砖污泥的综合利用研究主要有以下几个方面:利用陶瓷抛光污泥或陶瓷废料生产超薄陶瓷抛光砖[2]和生产高档仿古砖[3]。利用抛光污泥于1200℃烧成制造以闭口气孔为主,无渗透性的轻质陶瓷材料[4]。再利用抛光砖污泥的难处是在1150℃以上烧结过程就会有出现明显的发泡现象,使制品变形,从而限制了污泥的回收利用[5]。

从目前国内外的研究看,利用尾矿、矿渣制备装饰用微晶玻璃已有50多年的历史,技术已经很成熟,但还没有利用抛光砖污泥制作微晶玻璃的报道。对比参考尾矿、矿渣制备装饰用微晶玻璃的工艺和主要成分,抛光砖污泥的主要是陶瓷成分也就是硅酸盐,只要添加适量的助熔剂,晶核剂,也可以作为CAS微晶玻璃的原料,是一条利用污泥的新途径,且附加值较高。本文研究利用烧结法制备抛光砖污泥微晶玻璃的工艺技术。

1 实验材料与方法

1.1 实验原料

抛光砖污泥:广东佛山某陶瓷厂的抛光砖污泥,细度为全部通过200目的标准筛,成分见表1;

石灰(Ca O):纯度>98%,细度为全部通过200目的标准筛;

纯碱(Na2CO3):纯度>99%,细度为全部通过200目的标准筛;

石英(Si O2):纯度>99%,细度为全部通过200目的标准筛;

Zn O:纯度>99%,细度为全部通过200目的标准筛;

Ba CO3:纯度>99%,细度为全部通过200目的标准筛。

1.2 实验方法

1.2.1 XRD分析

采用荷兰Panlytical公司的Xpert PRO X射线衍射仪测定样品的x射线衍射谱。测试条件为:Cu靶Ka,射线,扫描速度10°/min,工作电压为40Vk,工作电流为30m A,扫描角度为10°~70°。

1.2.2 SEM分析

将晶化后的样品在2%HF酸中浸泡48h,用蒸馏水冲洗浸蚀面后,在烘箱中烘干。采用德国LEO公司1530VP型扫描电镜对处理好的样品进行测试。

1.2.3 DSC分析

采用NETZSCH STA 449C型综合热分析仪测定基础玻璃的DSC曲线,以α-Al2O3为参比样,升温速率10℃/min,样品量10.00mg,以确定玻璃的核化、晶化温度。

2 实验过程

2.1 烧结法基础玻璃配方设计及调整

抛光砖污泥的化学组成主要含有SiO2、A12O3,只要引入适量的CaO,就属于CaO-A12O3-SiO2体系的玻璃。该体系中能形成的晶相主要有硅灰石、黄长石和透辉石,各种矿物相有着不同的物化性能,硅灰石具有典型的链状结构、较高的抗弯抗压强度、较低的热膨胀系数,故选择硅灰石为所研制的微晶玻璃的主晶相。

参考Ca O-A12O3-Si O2系统相图和有关文献资料[6~9]设计配方。试验采取烧结法制备微晶玻璃,因为水淬后的玻璃颗粒比表面积大,易析晶,所以本试验不再引入另外的晶核剂。用碳酸钡作为澄清剂,采用外加的形式,引入量为配合料的3%。助熔剂为碳酸钠。Zn O作为建筑装饰微晶玻璃中的重要成分之一,其含量变化对微晶玻璃的烧结、析晶都产生显著影响。从大量的基础玻璃配料中,根据最大化利用固体废物的原则和配料的熔制好坏,选出一种较好的原料配方见表2。

2.2 样品基础玻璃的熔制

根据配方的实验组分,配制原料,分别准确称量,充分混合均匀后,放入刚玉坩埚中,置入硅铝棒炉内,以5~10℃/min的升温速率升至1400℃,保温2h后将熔化澄清好的玻璃液迅速倒入水中,水淬成玻璃渣,把玻璃渣放入烘箱内烘干后,置于研钵中研碎,制得0.5~5mm大小的玻璃颗粒备用。

2.3 微晶玻璃热处理制度研究

DSC分析是微晶玻璃产生预定结晶相的关键工序,是在微晶玻璃研究中确定热处理制度必不可少的手段,为确定微晶玻璃热处理制度提供可靠的指导作用。测得表2配方的DSC-TG曲线,见图1。

由DSC-TG曲线可知,在380℃~889.8℃曲线有一个下降的趋势,表明玻璃试样开始吸热变软。在950℃附近出现一个放热峰,表明试样开始成核析晶,由不稳态玻璃态变成晶体,放出热量。而在大约1000℃附近是一个下降的趋势,可以认为试样成核析晶结束,开始摊平需要吸收热量。从图1可确定将900℃~950℃作为微晶玻璃的成核温度。另外,从DSC曲线可以看出玻璃在1100℃~1150℃左右下到达最大放热峰,而放热峰温度相当于微晶玻璃摊平最大的温度,因而可取此阶段温度作为第二阶段的晶化摊平温度。

2.4 微晶玻璃样品的制备

将干燥的玻璃颗粒在研钵上进行研磨,过30目筛,制得所需的玻璃颗粒。平铺在瓷舟上,置于硅钼棒电炉中采用两步法进行热处理,(按核化950℃,40min;晶化1130℃,120min工艺进行核化和晶化)制备出表面光滑细腻平整,有漂亮析晶花纹,结构致密的装饰用微晶玻璃。

3 试验结果与分析

3.1 样品理化性能测试

试样的显微硬度测试采用上海泰明光学仪器有限公司生产的HX-IO00TM型显微硬度计;弯曲强度采用英国srtno公司产的Insortn1341型电液伺服材料试验机测试;根据国家行业标准JC/T872-2000,测试其耐酸耐碱性。测试结果如表3所示。

从表3中可以看出,样品的显微硬度、弯曲强度都比较高,且耐酸耐碱性好于建筑装饰行业颁布的耐酸耐碱性行业标准为K≤0.2。成分中Ca在玻璃相表面与被OH解体的硅氧群[Si-O]n,形成溶解度很低的Ca Si O3覆盖在玻璃相表面,形成致密的保护膜,阻止OH-的进一步侵蚀。晶化后的微晶玻璃离子间化学结合力更强,OH-更难打破[Si-O]n键,使耐碱性进一步提高。而耐酸性较好是因为样品中的酸性氧化物的含量较低。

3.2 样品微观结构测试与分析

3.2.1 样品的晶相分析

为了研究颗粒烧结法微晶玻璃的晶相组成,取抛光砖污泥微晶玻璃样品粉磨过200目。采用Xpert PRO X射线衍射仪(XRD,荷兰Panlytical公司)测定样品的X射线衍射图谱,结果见图2。

从图2可看出,测试的抛光砖污泥微晶玻璃样品的主晶相是硅灰石(Ca Si O3),伴有钙铝黄长石(Ca2Al2Si O7)等次晶相。这与实验设计的主晶相是硅灰石相符。这两种矿物具有不同的理化性能。硅灰石(Ca Si O3)耐磨、耐腐蚀性和抗冲击性能较好;硅灰石则因其形成的结构相当稳固,化学性能、机械性能及热性能优异。

3.2.2 SEM测试分析

为了研究颗粒烧结法抛光砖污泥微晶玻璃中的晶粒的大小、分布及形貌,取颗粒烧结法的抛光砖污泥微晶玻璃样品其中一块用2%HF浸泡2d,去掉表面玻璃相,使其晶相凸显。采用德国LEO公司1530VP型扫描电镜对其进行SEM研究,结果如图3所示。

从图3可见,样品析出的晶粒大小,长度大都在2~10 m之间,发育完全,晶粒比较大。从左图可见晶粒呈米粒状相互堆积并均匀分布,从右图可见出除了有米粒状(硅灰石)晶体并伴有些许片状晶体(钙铝黄长石)析出。晶粒的相互堆积可以说明该区域在热处理的过程中更加有利于成核,其形成的晶核的数量较多,在温度升高至晶化温度时,各晶核长大的机会是一致的,米粒状的晶粒是三维方向生长,片状的晶体是二维方向生长,在生长的同时又相互抑制。

4 结论

1)利用65wt%抛光砖污泥,添加适量的氧化钙、石英、纯碱、碳酸钡及氧化锌等,在烧结制度为,核化:950℃保温40min;晶化:1150℃保温120min,采用颗粒烧结法可制备出表面光滑细腻平整,有漂亮析晶花纹,结构致密的装饰用微晶玻璃。其力学性能、耐酸碱腐蚀等物理化学性能较好。

2)该微晶玻璃的主晶相是硅灰石(Ca Si O3),伴有钙铝黄长石(Ca2Al2Si O7)次晶相;样品析出的晶粒很大,在5~10μm之间;晶粒呈米粒状均匀堆积分布的是硅灰石(Ca Si O3)晶体,而片状的晶粒就是钙铝黄长石(Ca2Al2Si O7)晶体。

参考文献

[1]侯来广,曾令可.陶瓷废料的综合利用现状[J].中国陶瓷工业,2005,12(4):41-44

[2]毕舒.利用陶瓷抛光废渣或陶瓷废料生产超薄陶瓷抛光砖的工艺方法[P].中国:200510020420.7,2005.10.19

[3]李玉峰.陶瓷厂废料的开发和利用[J].佛山陶瓷,2003,03:16-18

[4]缪松兰,马光华,李清涛等.建筑陶瓷抛光废渣制备轻质陶瓷材料的研究[J].陶瓷学报,2005,6:71-79

[5]苏达根,董桂洪,钟明峰.抛光砖污泥焙烧发泡的机理研究[J].中国陶瓷,2007,43(9):20-22

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[7]何峰,李钱陶,程金树等.CaO-A12O3-SiO2系统烧结建筑微晶玻璃颗粒高温摊平影响因素研究[J].硅酸盐通报,2004(2):93-95

[8]惠丹,邓再德,英延照.硅灰石型烧结微晶玻璃研究进展[J].材料导报,2000,12(12):26-28

微晶泡沫玻璃 篇6

煤粉炉渣是煤粉炉里的燃煤部分在炉膛中黏结起来并由炉底排出的废渣[1],根据各地煤质和电厂锅炉燃烧情况不同,煤粉炉渣的排放量一般占电厂总燃煤量的5~10%,约为粉煤灰排放量的25%。可见,煤粉炉渣已成为一种仅次于粉煤灰的电厂主要工业固体废弃物。但是,目前在我国煤粉炉渣的应用还未引起人们足够重视,仍在大量地积存,不仅占用土地,而且放出含硫气体污染大气,危害环境。

利用煤粉炉渣为主要原料,添加了石灰、砂岩等添加剂,采用熔融法[2]制备具有高性能、高附加值、低成本的建筑装饰用微晶玻璃材料。研究不仅具有资源、环境、生态效应,而且具有重要的经济效益和社会意义,符合我国的可持续发展的战略目标。

1 实验

采用熔融法制备煤粉炉渣质微晶玻璃,所用原料化学组成见表1。根据煤粉炉渣原料的化学成分,本实验选用Ca O-A12O3-Si O2系统[3,4,5,6]作为基础玻璃配方组成。但是,由于煤粉炉渣中Ca O的含量较低,为了能制备出性能良好的粉煤灰微晶玻璃,必须引入其他原料调整Si O2、Ca O和A12O3的含量。此外,还须根据生产工艺调整基础玻璃组成。当然,在满足玻璃形成及析晶的基础上,最大限度地提高煤粉炉渣添加量是仍是本实验配方设计的首要目标,经过初步实验后,制定出基础玻璃配方如表2所示。

按各配方准确称料配料、球磨混合均匀过200目筛,将装入混合料的坩埚放入高温炉中,以10℃/min升温至1400℃,均化澄清2h后,将熔融的玻璃液迅速倒入预热到550℃左右的模具中,再快速放入550~600℃的退火炉中退火1~2h。以消除应力;关电源,让样品在退火炉中自然散热降至室温后取出。根据基础玻璃的DTA曲线所设定的晶化核化制度,把备用的基础玻璃放入退火炉中,为防止样品变形,以3~5℃/min的升温速率升温到核化点,保温1h;继续升温至晶化点,保温2h后关电源,降到室温后取出即为煤粉炉渣微晶玻璃样品。

2 结果与分析

2.1 熔融法煤粉炉渣微晶玻璃热处理制度的确定

实验采用DTA法来确定熔融法煤粉炉渣微晶玻璃的热处理制度。将基础玻璃粉研磨至全过200目筛,取10mg粉体,以Al2O3粉末为参比样,采用FRC/T-2型热分析仪进行差热分析,升温速率为10℃/min时,结果如图1所示。

由结晶学理论可知,在一个系统中,当形成一个新相时,需要提供一定的能量,在热力学上表现为吸热过程,而结晶过程则是一个由非稳定态向稳定态转化的过程,是一个放热过程。所以玻璃中存在几个放热过程,说明玻璃在加热过程中有几个晶相产生[7,8]。由图1可看出,基础玻璃的DTA曲线在755℃时有个明显的吸热谷,这是核化吸热造成的,960℃时的放热峰宽而高,样品大量析晶。麦克米伦[9]认为,最佳成核范围的温度介于Tg点和比它高50℃的温度之间;晶化温度的上限应低于主晶相的重熔的温度,通常低25~50℃。本实验根据DTA图和大量核化、晶化实验结果,确定基础玻璃的热处理制度为:核化720~800℃,1h;晶化870~950℃,2h。

2.2 煤粉炉渣微晶玻璃样品性能分析

试样的显微硬度测试采用上海泰明光学仪器有限公司生产的HX-IO00TM型显微硬度计;弯曲强度采用英国SRTNO公司产的Insortn1341型电液伺服材料试验机测试;根据国家行业标准JC/T872-2000,测试其耐酸耐碱性。测试结果如表3所示。

从表3中可以看出,样品的显微硬度、弯曲强度都比较高,且耐酸耐碱性好于国家行业标准JC/T872-2000所规定的K≤0.2。成分中Ca2+在玻璃相表面与被OH解体的硅氧群[Si-O]n,形成溶解度很低的Ca Si O3覆盖在玻璃相表面,形成致密的保护膜,阻止OH-的进一步侵蚀。晶化后的微晶玻璃离子间化学结合力更强,OH-更难打破[Si-O]n键,使耐碱性进一步提高。而耐酸性较好是因为样品中的酸性氧化物的含量较高,晶体析出量较多也是原因之一。

2.3 微晶玻璃样品XRD分析

取煤粉炉渣微晶玻璃样品粉磨至全过200目筛。采用PW3040/60衍射仪分析测定微晶玻璃的晶相,分析结果如图2所示。

从图2可见,煤粉炉渣微晶玻璃样品的主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为钙铝黄长石(Ca2Al2Si O7);这些晶相构成了微晶玻璃的骨架,玻璃相充填其间,玻璃相与晶相相互咬合,赋予微晶玻璃优良的性能。

2.4 微晶玻璃样品SEM分析

采用日立S-3400N扫描电子显微镜对微晶玻璃样品断面(5%HF腐蚀120s)进行扫描,结果如图3所示。

从图3可见,微晶玻璃中的晶体是以整体析晶的形式出现的,分布均匀,其中纤维状晶相为β-硅灰石,少量片状晶相为钙铝黄长石。β-硅灰石和钙铝黄长石相互交织在一起,形成了致密的组织结构。

3 结论

(1)利用熔融法制备煤粉炉渣微晶玻璃装饰材料技术可行,可以提高煤粉炉渣的利用率。经过大量配方实验发现,煤粉炉渣添加量为质量分数68%的配方可制备出性能优良的微晶玻璃。其最佳热处理制度为:核化720~800℃,1h;晶化870~950℃,2h。

(2)XRD研究表明,煤粉炉渣微晶玻璃样品的主晶相为β-硅灰石(β-Ca Si O3),次晶相为钙铝黄长石(Ca2Al2Si O7)。

参考文献

[1]苏达根,陆金驰.煤粉炉渣蒸压硅酸盐制品研究.粉煤灰综合利用,2004,(5):28-30

[2]吴建锋,冷光辉等.熔融法制备赤泥质微晶玻璃的研究.武汉理工大学学报,2009,31(6):5-8

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[4]VASILO POULOS K C,TUL YAGANOYDU,AGA THOPOULOS S,et al.Bulk nucleated fine grained mono-mineral glass-ceramics from low-silica fly ash[J].Ceramics International,2009(35):555-558

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[6]何峰,李钱陶,程金树等.CaO-A12O3-SiO2系统烧结建筑微晶玻璃颗粒高温摊平影响因素研究[J].硅酸盐通报,2004(2):93-95

[7]Hisashi Endo,Yoshikazu Nagayoshi,Kenji Suzuki.Production of Glass-Ceramics from Sewage Sludge[J].Wat Sci Tech,1997,36(11):235-241

[8]BARBIERI L,CORRADI A,LANCELOTTI I.Thermal and chemical behavior of different glasses containing steel fly ash and their transformation into glass-ceramics[J].Journal of the European Ceramic Society,2002,22(11):1759-1765

整体法制备微晶玻璃陶瓷复合板材 篇7

微晶玻璃装饰板作为一种新型高档的建筑装饰材料已广为国内外建筑师和用户的青睐, 但由于其生产能耗高、成品合格率低等缺点, 导致价格一直高居不下, 成为其进入普通百姓家庭的最大障碍[1,2]。

而近年来兴起的微晶玻璃陶瓷复合板作为纯微晶玻璃装饰板的替代品, 已成为建筑材料市场的新宠。微晶玻璃与陶瓷砖相结合, 实现了两类材料的优势互补。它同时具有微晶玻璃极高的光泽度、高耐污性、高强度、高耐磨性等优点, 又具有陶瓷砖成本低、易于工业化生产的优点[3]。

微晶玻璃陶瓷复合板也有其缺点:生产技术较高, 生产工艺不易控制。传统的生产微晶玻璃陶瓷复合砖的方法是将微晶熔块粒料复合于陶瓷砖表面, 经高温晶化烧结而成, 即采用的是微晶玻璃的颗粒烧结法。此种生产方法存在以下几个问题:一、产品中存在气孔。因烧结法制备的微晶玻璃制品中, 不可避免地存在少量残留气孔, 抛光后可能将部分闭口气孔磨成了开口气孔, 暴露于产品表面, 影响了产品的质量和合格率[4]。二、表面存在微小未晶化玻璃颗粒。产品经磨平、抛光后, 其表面或多或少出现一些未晶化的玻璃颗粒夹杂在晶化颗粒之间, 使表面色泽不一致, 影响美观。三、产品变形, 导致产品合格率不高。正是这些因素, 造成了如今市场上的微晶玻璃陶瓷复合板的价格也是高居不下, 一些品牌的复合板与纯微晶玻璃装饰板价格相差无几, 这和以复合板替代昂贵的微晶玻璃装饰板, 以较低成本获得微晶玻璃板材良好性能的初衷相背离。本文通过大量实验研究, 探讨了以整体法制备微晶玻璃陶瓷复合砖的工艺技术, 以改进颗粒法制备复合板过程的缺点, 稳定微晶玻璃陶瓷复合板的质量, 同时节约生产成本。

2 实验

2.1 原料

原料主要有石英、方解石、硼砂、三氧化二铝、氧化锌、氟化钙等, 基体陶瓷选用市场上常见的玻化砖。

2.2 实验过程

2.2.1 基础玻璃配方设计

本文所设计的基础玻璃配方属于CaO-Al2O3-SiO2系统, 并适量加入Na2O、B2O3等调节玻璃的熔制性能, 主晶相为β-硅灰石 (β-Ca SiO3) 。基础玻璃的组成范围见表1。

2.2.2 工艺过程

按配方中的化学组成精确计算出所需的氧化物或各种盐的质量后, 在电子秤上准确称取各种化合物, 混合均匀后装入高铝坩埚内, 放入硅钼炉中以3℃/min升到1480℃保温2小时。保温结束后将熔融玻璃液倒在已经预热的平整铁板上, 用另一块铁板将玻璃液压成3mm～5mm的薄片, 并马上将薄片放入600℃炉中退火半小时, 然后随炉冷却。将普通玻化砖和冷却后的玻璃薄片切割成形状大小一致的试块, 将玻璃片置于玻化砖上层, 再一齐放入高温炉中晶化, 使玻璃片在高温中核化和晶化, 并与基底形成牢固结合, 随炉冷却后即得到微晶玻璃陶瓷复合材料样品。

2.2.4 样品测试

将融化后压延成薄片的玻璃磨细, 过200目筛, 在德国耐驰公司的STA409C进行差热分析 (DTA) , 升温速率为10℃/min, 参比物为α-Al2O3。

取复合板表层 (微晶玻璃层) , 研磨过筛后用日本理学公司的D/MAX-RB X射线衍射仪对微晶玻璃物相进行分析。

将微晶玻璃陶瓷复合试样磨平、抛光, 在10%质量分数氢氟酸溶液中腐蚀20s, 采用日本日立公司S-450扫描电子显微镜, 分析试样表层微晶玻璃的显微结构。

根据“JC/T 994-2006微晶玻璃陶瓷复合砖”建材行业标准, 对微晶玻璃陶瓷复合砖试样进行硬度、吸水率、抗压强度、耐酸碱性、抗冻性等一系列的性能测试。

3 结果与讨论

3.1 基础热处理制度的确定

将融化后压延成薄片的玻璃磨细, 过200目筛, 进行差热分析 (DTA) , 以10℃/min速率升温, 得到DTA曲线如图1所示。该玻璃料的转变温度为795℃, 结晶温度为969℃, 而在1110℃的时候发生晶相转变, 微晶玻璃整体又变为透明。以此确定玻璃核化温度为800～850℃, 晶化温度为960～1000℃。随着晶核剂CaF2含量的增加, 在核化和晶化温度分别保温1h, 即可得到完全致密性能良好的微晶玻璃试样。

3.2 XRD讨论

复合砖的表层微晶玻璃的XRD图谱见图2。根据JSPDS卡片, 由图1中可以确定微晶玻璃的主晶相是β-硅灰石 (β-CaSiO3) , 其余为玻璃相。硅灰石因其形成的结构稳固, 化学稳定性能、机械性能及热性能优异, 因此微晶玻璃的实用价值较高。

3.2 晶核剂作用机理分析

在CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃的生产中, 一般采用颗粒烧结法进行晶化。烧结法的特点是玻璃经过淬冷后颗粒细小、表面积增加, 通过表面或界面晶化而形成微晶玻璃, 很少使用甚至不需要使用晶核剂。在本文中使用整体析晶法, 热处理过程中没有表面和界面晶化, 虽然会出现自发的表面晶化现象, 但结晶过程缓慢, 难以完全晶化, 所以有必要通过晶核剂诱导晶化, 因此选用合适的晶核剂对于本实验是至关重要的。

在研究整体析晶法后, 本文选定CaF2为晶核剂。CaF2在此配方中不仅作为晶核剂使用, 且还可以明显改善基础玻璃的熔制性能, 改善熔融玻璃液的流动性, 便于压延成形。相关文献表明氟化物在冷却过程中从熔体中分离出来, 形成细结晶状的沉淀物而引起玻璃乳浊。利用氟化物乳浊玻璃的原理, 可促使玻璃核化, 其中氟化物微晶体就是玻璃的成核中心[5]。图3是基础玻璃经过热处理以后的显微结构, 不难看出用CaF2核化、晶化的玻璃, 是一种数量巨大的微小晶体, 整体结构均匀致密, 在切割研磨时表现出较高的硬度和耐磨性。说明在晶核剂的作用下, CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃能够整体析晶, 使其具有均匀致密的显微结构, 而配方成本并未增加的前提下达到的。

3.3 微晶玻璃和陶瓷基体的结合性

微晶玻璃和陶瓷基体在高温下能否形成紧密的结合层, 是本课题研究的关键问题。陶瓷砖的软化温度大致在1000℃左右, 而本实验改进配方, 控制微晶玻璃晶化温度低于1000℃, 使其晶化较为完全的情况下, 不使陶瓷砖在高温过度软化, 防止了降温后复合材料的变形。

图4是微晶玻璃与陶瓷基体界面的显微结构SEM照片, 从中可以看出微晶玻璃与陶瓷基体结合紧密, 两者在高温下复合后, 两者之间并没有明显的界限。

在实验设计时, 首先就充分考虑了微晶玻璃与陶瓷基体之间的结合性问题。基础玻璃薄片在高温状态下逐渐软化, 和陶瓷基体紧密粘连复合。在保证微晶玻璃晶化前提下, 进行大量的与陶瓷基体复合实验, 不断调整基础玻璃配方与热处理制度, 得到既保证表层微晶玻璃有较高晶化率, 同时微晶玻璃与陶瓷基体紧密结合的最佳配方和热处理制度。实验结果表明, 采用本文配方和热处理制度生产的微晶玻璃陶瓷复合材料, 即使试样打碎也不出现表层微晶玻璃层与陶瓷基体层剥离的现象。因此, 微晶玻璃和陶瓷基体的结合性问题是可以通过改进配方和优化热处理制度来解决的。

3.4 力学性能测试数据

根据“JC/T 994-2006微晶玻璃陶瓷复合砖”建材行业标准, 委托中国建筑材料科学研究总院测试中心陶瓷与石材检测部, 对本实验的试样进行一些力学性能测试, 数据见表2。

根据测试数据, 可以看出通过整体析晶法制备的微晶玻璃陶瓷复合材料, 具有微晶玻璃强度高、硬度高、空隙率小等优点, 而表面微晶层与陶瓷基体结合性好。

4 结论

1) 采用整体析晶法制备的微晶玻璃陶瓷复合板, 微晶层晶化率高, 纹理一致, 没有出现像颗粒烧结法产品表面的颗粒感;在配方中加入一定量的着色剂, 就可制备多种颜色复合板材。

2) 采用CaF2作为CaO-Al2O3-SiO2系统整体析晶的晶核剂, 不仅可以显著改善玻璃的熔制性能, 晶化效果较好;并且作为较为便宜的工业原料, 加入CaF2并没有给生产带来很大的成本负担。整体析晶法比颗粒烧结法工艺步骤少, 反而更具有成本优势。

3) 通过表2中的测试数据可以看出, 通过基础玻璃配方的合理设计和选择优化的核化晶化热处理制度等措施, 整体晶化制备的微晶玻璃陶瓷复合板结合紧密, 该复合材料具有强度高, 硬度高等优点。

参考文献

[1]刘世权等.Na2O-ZnO-CaO-Al2O3-SiO2烧结微晶玻璃的试制.玻璃与搪瓷, 1996, 23 (6) :5-9

[2]P.W.麦克米伦, 王仞千译.微晶玻璃.北京:中国建筑工业出版社, 1988.8

[3]吴小福.微晶玻璃陶瓷复合板变形原因浅析.佛山陶瓷, 2005 (9) :12-13

[4]李玉平, 肖汉宁, 邓春明.微晶玻璃陶瓷复合墙地砖的研制.陶瓷学报, 2001.22 (3) :184-186