沈阳建筑大学
毕业论文
毕业论文题目CaO对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶性能的影响研究学院专业班级材料学院无机非金属工程10-04班
学生姓名陈肖性别女
指导教师徐长伟职称教授
年月日
目录
摘要 ................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. II 目录 (1)
第一章绪论 (4)
1.1微晶玻璃概述 (4)
1.1.1微晶玻璃及其显微结构 (4)
1.1.2微晶玻璃研究现状及发展趋势 (6)
1.2 CAS系微晶玻璃的概述 (7)
1.2.1烧结法CAS系微晶玻璃的制备工艺 (7)
1.2.2微晶玻璃的烧结过程分析 (7)
1.3 CMAS系微晶玻璃的概述 (8)
1.4尾矿微晶玻璃研究现状和发展趋势 (9)
1.5建筑微晶玻璃的制备方法 (10)
1.6微晶玻璃中的氧化钙(CaO)的概述 (12)
1.6.1氧化钙(CaO)的结构 (12)
1.6.2氧化钙(CaO)的性能特点 (12)
1.6.3氧化钙(CaO)的应用 (12)
1.7微晶玻璃的热处理制度的概述 (13)
1.7.1一次烧结法概述 (13)
1.7.2一次烧结法与传统方法比较 (13)
1.8选题依据及研究内容 (14)
1.8.1选题依据 (14)
1.8.2研究内容 (14)
第二章试验原材料与方案设计 (16)
2.1实验原材料 (16)
2.2实验设备 (19)
2.3实验理论依据 (20)
2.4实验流程 (20)
2.5试验方案设计及微晶玻璃的制备 (21)
2.5.1微晶玻璃的化学组成设计 (21)
2.5.2备料 (23)
2.5.3基础玻璃熔制 (24)
2.5.4差热分析 (24)
2.5.6微晶玻璃的制备 (28)
2.6尾矿微晶玻璃性能测试 (28)
2.6.1尾矿微晶玻璃起始烧结温度和起始析晶温度的测定 (28)
2.6.2微晶玻璃物理性能测试 (29)
2.6.2微晶玻璃化学性能测试 (30)
2.6.3X射线衍射分析 (30)
2.6.4显微形貌分析 (30)
第三章试验结果与分析 (32)
3.1氧化钙的不同掺量对微晶玻璃析晶的影响 (32)
3.1.1氧化钙的掺量对微晶玻璃起始烧结温度和起始析晶温度的影响 (33)
3.1.2氧化钙的掺量对微晶玻璃核化、晶化温度的影响 (35)
3.1.3氧化钙的掺量对微晶玻璃主晶相和析晶率的影响 (37)
3.2氧化钙掺量对微晶玻璃物理化学性能的影响 (38)
3.2.1氧化钙的掺量对微晶玻璃表观密度的影响 (38)
3.2.2氧化钙的掺量对微晶玻璃耐酸性的影响 (39)
3.2.3氧化钙的掺量对微晶玻璃微观形貌结构的影响 (39)
第四章技术经济分析 (42)
4.1技术分析 (42)
4.2经济分析 (43)
第五章结论与展望 (44)
5.1结论 (44)
5.2展望 (44)
参考文献 (46)
致谢 (49)
附录一 (50)
附录二 (56)
摘要
本文以铜尾矿为主要原料，石灰石、白云石、纯碱、砂岩以及分析纯Al2O3为校正原料，CaF2为助熔剂，TiO2和Cr2O3为晶核剂，采用一次烧结法制备尾矿微晶玻璃，通过9组平行实验设计，研究了基础玻璃中氧化钙的含量变化对微晶玻璃主晶相组成、析晶温度和微观形貌等析晶性能以及表观密度、耐酸性等理化性能的影响。
本实验结合CaO-A12O3-SiO2三元系统相图，初步确定C:A:S的大致组成范围，进而根据目标主晶相确定相应的C:M:A:S的百分比和铜尾矿化学组成确定基础玻璃配料组成范围，在此基础上，通过大量水淬析晶实验，确定尾矿微晶玻璃主要组分的最佳含量配方，并调节CaO的含量确定9组微晶玻璃的平行试验配料。通过对9组基础玻璃进行差热分析，确定三级热处理制度，在此制度下制备微晶玻璃。
采用排水法测得微晶玻璃的表观密度，并通过XRD和SEM测试手段研究了微晶玻璃的物相组成和显微结构，分析了微晶玻璃烧结析晶性能及试样理化性能随CaO含量的变化规律。
研究结果表明：在氧化钙掺量10%~26%之间，随着CaO含量增多，起始烧结温度和起始析晶温度均呈下降趋势，当CaO掺量为26%时，起始烧结温度为820℃，起始析晶温度为860℃，且烧结温度范围变窄，当CaO的掺量增至22%时，烧结温度范围降至40℃；随着CaO含量增多，微晶玻璃试样的表观密度增大，当CaO的掺量为10%时表观密度最小为 2.55kg/m3，耐酸性也逐渐提高，CaO的掺量为26%时耐酸性最高达99.01%；改变基础玻璃中CaO含量不会改变微晶玻璃的主晶相和次晶相，主晶相为透辉石，次晶相为硅灰石，但晶相含量会随着组分中CaO的增大而增加，且体系中晶粒形貌结构由柱状过渡为棒状最后变成针状，晶粒尺寸明显减小，同时结构致密。
关键词：铜尾矿；微晶玻璃；CaO；析晶温度；表观密度
Abstract
In this paper, the copper tailings as a main raw material, limestone, dolomite, analysis of soda ash, sandstone and pure Al2O3 correction for the raw material, CaF2 as fluxing agent, TiO2 and Cr2O3 as nucleation agent, the preparation of tailing glass ceramics produced by once sintering method, through 9 groups of parallel experimental design, study the content change of calcium oxide based glass phase composition of the main crystal, crystallization temperature and crystallization properties and microstructure of apparent density, acid resistance and other properties.
The experiments with CaO-A12O3-SiO2 three element system, generally consisting of the range of C:A:S, and according to the main crystalline phase to determine the percentage of copper mine tailings target and corresponding chemical composition of C:M:A:S to determine the basis of glass composition range, on the basis of this, through a large number of water quenching crystallization experiments, to determine the optimum formula of tailing glass ceramics content of main components the content of CaO, and adjust the determination of parallel test ingredients 9 sets of glass ceramics. Through differential thermal analysis of 9 groups of basic glass, to determine the three stage heat treatment system, preparation of glass ceramics in the system.
The apparent density is measured by the method of drainage of microcrystalline glass table, phase composition and the glass ceramics through XRD and SEM testing methods and analysis of the variation of the microstructure, sintering and crystallization of the glass ceramics sample properties and physicochemical properties with CaO content.
Research results show that: between calcium oxide content of 10%~26%, with the increase of CaO content, the initial sintering temperature and initial crystallization temperature decreased, when the CaO content is 26%, the initial sintering temperature is 820 ℃, initial crystallization temperature is 860 ℃, and the sintering temperature range became narrower, when the dosage of CaO to 22% time, sintering temperature range is reduced to 40 DEG C; with the increase of CaO content, the apparent density of glass ceramics samples increases, when the dosage of CaO was 10% when the apparent density for a minimum of 2.55kg/m3, acid resistance increases, the dosage of CaO was 26% when the
acid resistance of up to 99.01%; won't change CaO content glass in the glass ceramics based change of main crystal phase and the second phase, the main crystal phase is diopside, secondary crystalline phase for wollastonite, but the crystalline phase content increases with the increasing of component CaO, and the system structure is composed of columnar grain morphology transition to rod like finally into needle, the grain size decreases, at the same time, compact structure.
Keywords:Copper mine tailings；glass ceramics；CaO；crystallization temperature；Apparent density
目录
摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. II 目录 (1)
第一章绪论 (4)
1.1微晶玻璃概述 (4)
1.1.1微晶玻璃及其显微结构 (4)
1.1.2微晶玻璃研究现状及发展趋势 (6)
1.2 CAS系微晶玻璃的概述 (7)
1.2.1烧结法CAS系微晶玻璃的制备工艺 (7)
1.2.2微晶玻璃的烧结过程分析 (7)
1.3 CMAS系微晶玻璃的概述 (8)
1.4尾矿微晶玻璃研究现状和发展趋势 (9)
1.5建筑微晶玻璃的制备方法 (10)
1.6微晶玻璃中的氧化钙(CaO)的概述 (12)
1.6.1氧化钙(CaO)的结构 (12)
1.6.2氧化钙(CaO)的性能特点 (12)
1.6.3氧化钙(CaO)的应用 (12)
1.7微晶玻璃的热处理制度的概述 (13)
1.7.1一次烧结法概述 (13)
1.7.2一次烧结法与传统方法比较 (13)
1.8选题依据及研究内容 (14)
1.8.1选题依据 (14)
1.8.2研究内容 (14)
第二章试验原材料与方案设计 (16)
2.1实验原材料 (16)
2.2实验设备 (19)
2.3实验理论依据 (20)
2.4实验流程 (20)
2.5试验方案设计及微晶玻璃的制备 (21)
2.5.1微晶玻璃的化学组成设计 (21)
2.5.2备料 (23)
2.5.3基础玻璃熔制 (24)
2.5.4差热分析 (24)
2.5.6微晶玻璃的制备 (28)
2.6尾矿微晶玻璃性能测试 (28)
2.6.1尾矿微晶玻璃起始烧结温度和起始析晶温度的测定 (28)
2.6.2微晶玻璃物理性能测试 (29)
2.6.2微晶玻璃化学性能测试 (30)
2.6.3X射线衍射分析 (30)
2.6.4显微形貌分析 (30)
第三章试验结果与分析 (32)
3.1氧化钙的不同掺量对微晶玻璃析晶的影响 (32)
3.1.1氧化钙的掺量对微晶玻璃起始烧结温度和起始析晶温度的影响 (33)
3.1.2氧化钙的掺量对微晶玻璃核化、晶化温度的影响 (35)
3.1.3氧化钙的掺量对微晶玻璃主晶相和析晶率的影响 (37)
3.2氧化钙掺量对微晶玻璃物理化学性能的影响 (38)
3.2.1氧化钙的掺量对微晶玻璃表观密度的影响 (38)
3.2.2氧化钙的掺量对微晶玻璃耐酸性的影响 (39)
3.2.3氧化钙的掺量对微晶玻璃微观形貌结构的影响 (39)
第四章技术经济分析 (42)
4.1技术分析 (42)
4.2经济分析 (43)
第五章结论与展望 (44)
5.1结论 (44)
5.2展望 (44)
参考文献 (46)
致谢 (49)
附录一 (50)
附录二 (56)
CaO对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶性能的影响
研究
第一章绪论
1.1微晶玻璃概述
1.1.1微晶玻璃及其显微结构
微晶玻璃(glass-ceramics)又称微晶玻璃，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[1，2]。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。微晶玻璃就是人们能充分利用玻璃在热力学上的有利条件而获得的新材料[3]。
微晶玻璃之所以能成为一类独特的新型材料，是因为其既有玻璃的基本性能，又具有陶瓷的多晶特征，但微晶玻璃的性能、生产工艺却与玻璃和陶瓷有着本质的区别。微晶玻璃的性能主要取决于三个因素：微晶相的种类、晶粒尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量[4-5]。以上诸因素又取决于原始玻璃的组成及热处理制度。微晶体的尺寸和数量以及某些系统中主晶相的变化都与组成以及热处理制度息息相关，材料的性能会随着组成及热处理制度的变化而发生改变。另外，是否应用了恰当的晶核剂，也对玻璃的微晶化起了至关重要的作用，因此通过调整基础玻璃成分和热处理工艺制度，就可以制得各种性能优良符合预定要求的微晶玻璃[6]。
微晶玻璃的显微结构主要由组成和热处理工艺所决定，对于微晶玻璃的物理特性如机械强度、断裂韧性、透光性、抗热震性等有很大影响。微晶玻璃的显微结构主要有枝晶结构、超细颗粒、多孔膜、残余结构、积木结构、柱状互锁结构、孤岛结构、片状孪晶等。
枝晶结构是由晶体在某一晶格方向上加速生长造成的。枝晶的总轮廓与通常晶体形貌相似，在枝晶结构中保留了很高比例的残余玻璃相。枝晶在三维方向上连续贯通，形成骨架。由于氢氟酸对亚硅酸锂的侵蚀速度要比铝硅酸盐玻璃相更快，亚硅酸锂枝晶有
容易被银感光成核，可将复杂的图案转移到微晶玻璃上。
高度晶化微晶玻璃的晶粒尺寸可以控制在几十纳米以内，得到超细颗粒结构。在锂铝硅透明微晶玻璃中，由于充分核话，基础玻璃中形成大量的钛酸锆晶核，β-石英固溶体晶相在晶核上外延生长，形成平均晶粒尺寸约60nm均匀的超细颗粒结构。由于晶粒尺寸远小于可见光波长，并且β-石英固溶体的双折射率较低，该微晶玻璃透光率很高。
在许多微晶玻璃中，残余玻璃相可以形成多孔膜结构。以β-锂辉石固溶体为主晶相的锂铝硅不透明微晶玻璃中，残余玻璃相中SiO2含量较高，黏度较大，因而能够阻碍铝离子膜网络。因此，锂铝硅微晶玻璃在高温下具有非常好的颗粒稳定性，可以1200℃的高温下长时间使用。
所谓残余结构式指微晶玻璃如实地保留了基础玻璃中原有的结构。微晶玻璃成核的第一步往往是液-液分相，形成液滴。如在二元铝硅玻璃中，从高硅基质中分离出组成类似于莫来石的高铝液滴。热处理时，高铝液滴晶化成为莫来石微晶体，其外形继承了母体液滴的球形外貌。由于微晶体尺寸很小，只有几十纳米，尽管莫来石与硅质玻璃之间的折射率相差较大，对可见光的散射很小，是一种透明微晶玻璃。
云母类硅酸盐矿物在二维方向上结晶能够产生一种互锁的积木结构，是可切削微晶玻璃的典型显微结构。由于云母晶相较软，而且能使切削工具尖端引起的裂纹钝化、偏转和分支而产生碎片剥落，不会产生灾难性破坏，因此即使晶相体积分数仅40%也具有良好的可切削性，此外，云母相的连续性也使此类微晶玻璃具有很高的电阻率和介电强度。
具有柱状或针状互锁显微结构的微晶玻璃具有最高的机械强度和断裂韧性。以钾氟碱锰闪石为主晶相的闪石微晶玻璃的显微玻璃的显微照片。柱状互锁显微结构具有类似于晶须补强陶瓷中晶须随机排列的结构特征。这种微晶玻璃的弯曲强度达150Mpa，断裂韧性大于(3.2±0.2)Mpa·m-1。以链状硅酸盐矿物氟硅碱钙石为主晶相、晶化程度更高的氟硅碱钙石微晶玻璃具有柱状互锁显微结构，其弯曲强度接近300Mpa，断裂韧性高达5.0Mpa·m-1。
当平衡相沿着各种亚稳相的界面形成时，便产生了典型的孤岛结构。在存在莫来石晶体和残余玻璃相的硅酸铯微晶玻璃产生的铯榴石晶相就具有孤岛显微结构。
几种微晶玻璃的晶相如顽辉石、钙长石和白榴石在冷却过程中发生结构转变，生产聚合孪晶，生产一种能够提高断裂韧性的片状孪晶显微结构。顽辉石开始形成原顽辉石，
当冷却到1000℃时，顽辉石发生马氏体相变转变位斜顽辉石，顽辉石颗粒高度孪晶化。由于这种孪晶片显微结构可以使裂纹偏转吸收能量，使这种微晶玻璃具有最高的断裂韧性，平均约5.0Mpa·m-1，并具有很高的弹性模量[7]。
1.1.2微晶玻璃研究现状及发展趋势
微晶玻璃研制成功并实现工业化，始于1957年美国康宁公司著名的玻璃化学家S.D.Stookey首先研制成功了商品光敏微晶玻璃[8]。1960年，前苏联的Kitaigorodski首先研制成功了矿渣微晶玻璃，1966年第一条辊压法制造微晶玻璃的生产线建成并投入生产[16-17]。
70年代初，欧美各国也广泛开展矿渣和其他非金属矿利用的研究工作，开发研制矿渣微晶玻璃和其他各种微晶玻璃，如埃及利用玄武岩、石灰石、白云石研制微晶玻璃；意大利利用火电站的粉煤灰开发研制微晶玻璃；西班牙利用针铁矿废料生产微晶玻璃。20世纪90年代后，随着我国矿冶工业和钢铁工业的快速发展，研究者们也大力开展了对微晶玻璃的研究[9]。
我国对烧结微晶玻璃装饰板的研究开发虽然起步较晚，但在较短的时间内取得了很大的进展。20世纪90年代初，武汉理工大学的研究人员从微晶玻璃的组成、结构与性能的基础研究入手，对以β-硅灰石为主晶相的CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃板材工业化生产的组成及烧结、晶化工艺技术进行了系统研究，并在国内首先开发了成套工业化生产专用设备，攻克了制备过程中气泡、翘板、炸裂等生产技术难点，并进行工业化开发获得成功[10]。
从微晶玻璃发明至今，已经有近半个世纪的历史了，经过近60年的研究与开发，微晶玻璃科学和工艺制备以及应用得到了快速的发展。尽管如此，还有很多关于微晶玻璃的基本原理和工艺过程需要更深入的研究和掌握。目前，对于微晶玻璃系统的成核剂晶化理论有了一定的认识，但是对于“组成-工艺制度-微观结构-性能”这一模型的研究和建立还停留在起步阶段，这是一个需要深入研究的非常重要的领域[11-12]。
1.2 CAS系微晶玻璃的概述
1.2.1烧结法CAS系微晶玻璃的制备工艺
CAS系微晶玻璃的工业化生产流程与实验室制备工艺基本相同：原料称量—混合—高温熔化、澄清—水淬—玻璃颗粒烘干—装模、铺料—烧结、晶化—退火—磨、抛、切—成品。工业化生产是利用专用的热工设备，将一定组成和粒度(0.5~6mm)的玻璃颗粒烧结、晶化而成。将烘干的玻璃颗粒通过自然堆积的形式，平铺在由耐火材料组成的模具当中，此时的堆积密度一般在1.3～1.5g/cm3的范围内，而烧成后的微晶玻璃装饰板的密度为2.7g/cm3左右，其密度与晶化温度、晶化时间、玻璃颗粒大小及配比有密切的关系。微晶玻璃装饰板材烧结晶化过程不同于陶瓷的烧结，也不同于粉末法微晶玻璃的烧结，需根据其特点制定热处理工艺参数，最适宜的热处理制度为3~6℃/min升温至1120℃保温2h，冷却全过程则不宜采取急冷工艺[8]。微晶玻璃中晶相含量对硬度有极大的影响，随着热处理温度的提高，晶相体积百分数增加，微晶玻璃的硬度和强度增大。成品的物化性能与其结构密切相关，在同一系统中，更有序、更致密的结构将具有更高的硬度和强度。
1.2.2微晶玻璃的烧结过程分析
微晶玻璃的烧结过程非常复杂，玻璃颗粒的烧结是在有液相的参与情况下进行的。纯粹的固相烧结实际上是不易实现的。在材料的制备过程中，液相烧结比固相烧结的应用范围更广泛。液相烧结过程是由颗粒重排、气孔填充等阶段所组成，由于其流动传质速度快，因而液相烧结致密化速率高。
一般情况下，本试验的基础玻璃颗粒的烧结过程为:在室温到起始烧结温度的范围内玻璃颗粒之间并无明显的烧结迹象，玻璃颗粒仍处于松散的状态；当玻璃颗粒在高于起始烧结温度50℃保温一小时以后，玻璃颗粒己经开始有明显的烧结迹象，原来尖锐的颗粒开始变得圆滑，颗粒之间的空隙明显变小；在起始析晶温度保温一小时后，玻璃颗粒之间的烧结更加充分，制品的烧结收缩加大。此时在玻璃颗粒之间己经长出了微小的晶体;当玻璃颗粒在成型温度下保温一小时后，玻璃颗粒的致密化已经达到了最高的状态，颗粒开始整体析晶，
晶体充分长大，基础玻璃形成了微晶玻璃[13]至此，CAS系微晶玻璃的烧结过程可分为以下三个阶段:烧结前期、中期和后期。
表1-1 CAS系微晶玻璃烧结过程温度范围及对应特征
温度范围特征
烧结前期起始烧结～起始析晶玻璃颗粒软化并相互粘接，颗粒间空隙变形并
缩小，烧结收缩随玻璃粘度的降低而加剧
烧结中期起始析晶～烧结停滞颗粒界面出析出少量晶体的同时烧结收缩速
率达到最大，随着晶体析出量的增加，玻璃粘
度增大致使烧结收缩减慢，直至烧结停滞
烧结后期烧结重启～摊平温度烧结进一步致密，部分晶相重熔，液相量增加，
粘度降低，达到足够的流动度最终使表面摊平
1.3 CMAS系微晶玻璃的概述
CaO-MgO-A12O3-SiO2(CMAS)微晶玻璃是重要的微晶玻璃体系之一。由于是四元系玻璃体系，所能析出的晶相也比通常的三元玻璃体系要多。常见的晶相有透辉石[CaO·MgO·2SiO2]，钙长石[CaO·A12O3·2SiO2]，董青石[2MgO·2A12O3·5SiO2}、莫来石[3A12O3·2SiO2]，镁橄榄石等。尤其是透辉石晶相的存在会使其相应的CaO-MgO-A12O3-SiO2体系微晶玻璃具有优良的力学性能因而受到广泛关注[8，14-15]。近年来发现，董青石晶相具有更为优异的力学性能，使荃青石基微晶玻璃的抗弯强度可以达到250MPa，而透辉石基微晶玻璃一般只有100~130MPa，其莫氏硬度可以到达7.5~8.0，因而也逐渐引起重视[16]。
对于析晶能力不强、易表面析晶的CMAS微晶玻璃体系来说，目前更多研究主要采用烧结法来制备。Khater[31]以高岭土、石灰石、石英为主要原料制备得到了CMAS微晶玻璃，主晶相包括透辉石，钙长石，镁橄榄石，微斜长石等晶相。Karamanov[17]对比了以透辉石和硅灰石为主要晶相的微晶玻璃的各项性能，发现透辉石基微晶玻璃的抗弯强度是硅灰石基的一倍。Marques[18]唯用烧结法制备了含透辉石和钙长石的微晶玻璃。Toya[19]以高岭土和白云石为原料制备得到CMAS微晶玻璃，发现透辉石可以明显提高
微晶玻璃抗弯强度。Liu[20]用炉渣添加一定量的工业钾长石制备得到了主晶相为钙铝黄长石[2CaO·A12O3·SiO2]，显微硬度5.2GPa，抗弯强度85MPa，吸水率低于0.14%的微晶玻璃。Tulyaganov[21]则制得了镁黄长石[Ca2MgSi2O7]、透辉石、钙长石共存的微晶玻璃，其抗弯强度过到了110MPa左右。Tomes等[22]采用烧结法制备含TiO2的CMAS微晶玻璃，发现TiO2的加入使玻璃析出茧青石晶相。
为此，本文采用烧结法制备不同组成的CaO-MgO-A12O3-SiO2(CMAS)微晶玻璃，分析了各组微晶玻璃析晶特征、晶相组成和显微结构。
1.4尾矿微晶玻璃研究现状和发展趋势
微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的材料。微晶玻璃是综合玻璃、石材技术发展起来的一种新型材料，它集中了玻璃、陶瓷及天然石材的五重优点：
(1)结构致密、纹理清晰、具有玉质般的感觉；
(2)具有更坚硬、更耐磨的力学性能；
(3)具有耐风化、耐酸碱的优良抗蚀性；
(4)具有不吸水，良好抗冻性、独特的耐污染性和自净性；
(5)色调均匀一致，且无色差、永不褪色、光泽柔和晶莹。
正是这些优点，使微晶玻璃广泛用于建筑幕墙及室内高档装饰，是具有发展前途的新型装饰材料[23]。
尾矿被广泛的应用于制备玻璃陶瓷是因为玻璃陶瓷最主要的组分是SiO2，而铁尾矿化学组成基本属硅酸盐化合物，主要成分一般以SiO2、CaO、Al2O3、MgO等氧化物的形式存在，其中SiO2的含量一般都在60%以上，其它成分基本在玻璃形成范围内，均能满足化学组分的要求。因玻璃陶瓷具有许多优异的性能而受到广泛的重视，从而利用铁尾矿制备玻璃陶瓷也成为一项“变废为宝”的可行技术。
利用尾矿制作微晶玻璃国内外已进行了大量研究，李彬[24]等以铁尾矿和钛渣为主要原料，外加一种含钠废弃物，研制出了以钙铁辉石为主晶相，颜色为蓝黑，光泽度好的玻璃陶瓷。铁尾矿中的Fe2O3是优良的晶核剂，不需外加晶核剂；东北大学的宋守志[25]教授等探讨了利用辽宁歪头山铁尾矿、丹东吴垅金矿尾砂、山东新城金矿尾砂制备玻璃陶瓷，特别对晶核剂的选择和析晶过程进行了大量研究；孙孝华[26]等认为钨尾矿玻璃陶
瓷有明显的形状记忆效应。目前制作尾矿微晶玻璃装饰板的方法主要有压延法、浇铸法和烧结法。压延法为前苏联在20世纪70年代所创，国内技术还不成熟，生产中析晶难以控制，板材炸裂严重，成品率低。浇铸法是将熔化澄清好的玻璃液浇注在模具上，再置于晶化炉中晶化和退火处理。国内尚无厂家采用此法生产。浇铸法对模具质量要求高，生产效率，成品率低，生产大规格板材困难，对某些异形板的生产有一定优势。烧结法为日本首创，是将熔融玻璃液水淬而得颗粒料与晶化分成二次烧成。它将玻璃工艺、陶瓷工艺、石材加工工艺有机“融合”，目前国内已形成规模和效益，占整个建筑装饰微晶玻璃市场99%以上的企业均采用烧结法生产工艺。烧结法目前最大的问题是表面层致密化深度浅(2mm左右)，内部气孔难以排除，板材容易变形(尤其是大规格)。尽管国内许多学者对上述问题进行了大量研究，但至今仍未得到解决[27-28]。
综上所述，现有三种制作尾矿微晶玻璃板的方法都存在不同缺陷。比较而言，烧结法进行了工业化生产，技术相对成熟，目前尾矿微晶玻璃的生产绝大部分采用烧结法。本研究在充分吸收熔融浇铸法和烧结法优点的基础上，提出一种制作尾矿微晶玻璃板的新方法——碎粒压延法，是通过控制水淬玻璃的颗粒级配及颗粒加入量生产微晶玻璃的工艺方法。
1.5建筑微晶玻璃的制备方法
就原理而言，建筑微晶玻璃的生产原则上可采用平板玻璃任何一种生产工艺，但是，微晶玻璃的热处理制度和普通玻璃的有着根本的区别。目前生产技术基本成熟的工业化生产工艺有压延法和烧结法，国内现以烧结法为主。烧结法包括熔融水淬烧结法和直接烧结法，它们各自的生产工艺流程如下:
压延法：配合料制备→玻璃熔制→压延成型→热切割→受控晶化→冷加工→检验包装→入库
烧结法(熔融)：配合料制备→玻璃熔制→粒料制备→成型→受控晶化→冷加工→检验包装→入库
烧结法(直接)：混合料制备→粉磨混合→成型烧结→冷加工→检验包装→入库
在熔融水淬烧结法中，以矿物原料为主要原料时，一般采用不掺晶核剂的非均相结晶化机理;以粉煤灰、矿渣等为主要原料时，一般采用以晶核剂诱导成核结晶机理。在直接烧结法中，一般采用晶核剂的诱导成核机理[29]。
表1-2 CAS系统微晶玻璃制备方法的比较
方法工艺过程简述优点缺点
熔融法将玻璃熔体直接成型，再经
过核化晶化处理而得到微
晶玻璃。制品致密度高、无气
孔;易于成型
微晶玻璃中晶相比例
取决于基础玻璃的整
体析晶能力;析晶过
程难以控制;整体析
晶时间长、生产效率
和成品率低。
烧结法将玻璃熔体水淬得到颗粒
料，颗粒料再经高温烧结而
得到微晶玻璃。整体析晶时间短，且
析晶易于控制;生产
效率和成品率较高。
表而层致密化深度
浅，(2mn左右);玻璃
颗粒间的气孔难以排
除，致密性比熔融法
差;产品易产生变形，
对耐火模具要求高。
溶胶-凝胶法溶胶-凝胶技术是指含金属
的有机或无机化合物经过
溶液、溶胶一凝胶而固化，
再经过热处理而形成微晶
玻璃。制备温度低，避免了
玻璃配料中某些组分
在高温时挥发;能制
备出成分严格符合设
计要求的微晶玻璃。
生产周期长、成本高;
环境污染大;凝胶干
燥和烧结过程中收缩
较大，制品易变形和
开裂。
浮法将玻璃熔体直接成型，再经
过核化晶化处理而得到微
晶玻璃。
具备非常好的平整
度、表而光泽度和优
良的物理化学性能。
锡槽的晶化控制，结
晶玻璃会对微晶玻璃
质量有影响。
1.6微晶玻璃中的氧化钙(CaO)的概述
1.6.1氧化钙(CaO)的结构
氧化钙具有NaCl型晶体结构，即面心立方结构，氧离子位于六个面心和八个角顶，钙离子占据各棱中点和体心，每个立方晶胞内有4个氧和4个钙，Ca+周围存在六个阴离子与之形成配位结构，其本身也处于阴离子所形成的八面体结构之中，属于离子晶体。同时具有由共价键和离子键的成分，具有很高的硬度，键之间的结合力很强，具有较高的熔点。
1.6.2氧化钙(CaO)的性能特点
氧化钙俗称生石灰或石灰[52]，化学式CaO，白色粉末，不纯者为灰白色，白色立方晶系粉末，是常见的无机化合物，为碱性氧化物，白色或带灰色块状或颗粒，对湿敏感，易从空气中吸收二氧化碳及水分。与水反应生成氢氧化钙并产生大量热，溶于酸类、甘油和蔗糖溶液，几乎不溶于乙醇，相对密3.32～3.35，熔点2572℃，沸点2850℃，折光1.838，有腐蚀性。氧化钙溶于酸生成相应的钙盐，跟二氧化硅在高温下生成易熔的硅酸钙，跟焦炭在高温下反应生成电石CaC2和一氧化碳。氧化钙通常从石灰石或贝壳获取，将含有碳酸钙的物质加热至500–600℃，使它分解成氧化钙和二氧化碳。大规模生产都用石灰石做原料，石灰窑的温度约1000℃，反应产生的二氧化碳气体不断逸出，使反应进行得很完全。在空气中和高温下加热氧化钙，会放出强烈的白光，称为石灰光，被利用来制造高强弧光灯。
1.6.3氧化钙(CaO)的应用
氧化钙大量用于建筑业，在1∶3(体积比)的熟石灰和砂子的混合物中加水制成的泥浆称为灰泥，用于砌砖等。氧化钙用于钢铁、农药、医药、非铁金属、肥料、制革、制氢氧化钙，实验室氨气的干燥和醇脱水等氧化钙还可通过与水反应来产生大量的热，常用于自动加温包装。虎门销烟时，当时林则徐一为防止废气，二为避免鸦片污染土壤，就采用向水中加入鸦片和氧化钙的方法来分解鸦片。
还用于建筑工程、皮革、制造漂白粉。农业上用石灰中和土壤的酸性，使土壤胶体
凝聚，增进团粒结构。用作建筑材料，冶金助熔剂，是制氢氧化钙及各种钙化合物的主要原料，也是化学工业中的廉价碱。广泛用于农药、造纸、食品、石油化工、制革等方面。还可用于实验室氨气的干燥及醇类脱水等，也用于制糖、制电石、净化污水。将石灰石置于石灰窑中煅烧至900℃以上，可制得生石灰。
1.7微晶玻璃的热处理制度的概述
1.7.1一次烧结法概述
一次烧结法生产金属尾矿建筑微晶玻璃，采用低温快烧热处理制度，避免了晶体在高温玻璃液中的重熔，有效控制晶体的回吸现象，提高了产品的力学性能.一次烧结法制取金属尾矿建筑微晶玻璃影响因素的重要性顺序为:核化时间，晶化时间，升温速率.最佳热处理制度为:核化保温60 min，升温速率5℃/min，晶化保温60min。
1.7.2一次烧结法与传统方法比较
一次烧结法去除了传统烧结法中的高温水淬过程，采用将原材料一烧到底的热处理方法，同时，由于适当的调整氧化物的含量，有效控制烧结区与晶化区，使热处理方案变得更加精简，两种工艺流程示意图见图1-1。
图1-1一次烧结法与传统烧结法生产工艺示意图
传统制备工艺流程，它首先加热到玻璃熔融温度，接着降至液限以下再加热到核化温度进行保温以及晶化温度进行保温，最后随炉冷却，这个过程往往需要进行6～8h。而一次烧结法，只需加热到半熔融状态再降至晶化温度区进行保温处理，充分利用了烧
二硅酸锂微晶玻璃材料综述 何志龙-3112007045 （金属材料强度国家重点实验室， 西安交通大学材料科学与工程学院，西安710049） 摘要：微晶玻璃以其优异的力学、化学、生物等性能，在国防、航空、建筑、电子、光学、化工、机械及医疗等领域作为结构材料、技术材料、光学材料、电绝缘材料等而获得广泛应用，吸引了许多研究者的关注。本文在参考学习了诸多相关文献的基础上，对微晶玻璃材料的制备、性能、应用及研究进展进行了论述，列举了人们在该领域取得的重要研究进展，以及微晶玻璃材料领域存在的研究难题。 关键词：晶化，微晶玻璃，综述，非均匀成核 1 研究背景与意义 自从1957年，美国康宁公司著名玻璃化学家S.D.Stookey研制出第一种微晶玻璃以来，微晶玻璃就凭借其组分广泛、性能优异、品种繁多而著称。由于析出的晶粒尺寸可控，与界面结合强度高，抗弯强度可以达到200MPa以上，大量微晶玻璃体系涌现出来，它们的形成机制也得到大量深入研究。 微晶玻璃又称玻璃陶瓷，它是将某些特定组成的基础玻璃，在一定温度下进行控制晶化，制得的一种同时含有微晶相和玻璃相的多晶固体材料。在热处理过程中，基础玻璃内部产生晶核及晶体长大，因为析出的晶体非常小，被称作微晶玻璃。 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易产生相分离的区域，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；而玻璃则是非晶态或无定形体。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。 2 微晶玻璃分类 按照基础玻璃的组成，微晶玻璃主要有以下四大类： （1）硅酸盐类微晶玻璃 由碱金属、碱土金属的硅酸盐晶相组成，主晶相有：透辉石、顽辉石、硅灰石、二硅酸锂等，这些晶相的种类影响微晶玻璃的性能。其中，最早研究的矿渣微晶玻璃和光敏微晶玻璃属此类。
锂资源及其开发利用综述 胡经国 金属锂（Li）是稀有金属家族的重要成员，21世纪的能源新贵，也是工业制造的高精材料，被誉为21世纪金属元素明星。地球上，陆地硬岩、盐湖卤水、海水锂资源丰富。锂和锂盐产品具有广泛而重要的用途。锂资源的开发利用具有广阔的发展前景。本文拟综述锂资源及其开发利用简况，作为科普作品奉献给读者。 锂和锂盐的应用 稀有金属锂（Li）能够成为21世纪金属元素明星，是因为它具有三大特性：轻、软、高能量。锂是金属元素中最轻的元素，比重仅为0.534。金属锂呈银白色，是一种既轻又软的高能量金属，因而锂和锂盐产品具有广泛而重要的用途。 锂和锂盐主要应用领域是可控热核聚变反应堆、现代信息产业和锂电池等。现已涉及人们日常生活领域，如电视机、电脑、洗衣机、电冰箱、厨房用品等。并有可能成为开发新能源的重要材料。 利用锂的可控热核聚变反应堆发电，具有效力高、价格低、安全易控制、放射性危害小等优点。用1克锂能释放出3400千瓦小时的能量。 把氢氧化锂加到电池中，可以提高电池寿命5～10倍。锂电池常被用在人造心脏起搏器上，可十几年不更换电池。 锂被专家称为“金属味精”。在其它金属中加入适量的锂，就能改善这些金属的性能。例如，锂铝、锂镁等轻合金，具有加工性能好、延展性大、抗腐蚀性强、抗高速离子、穿透能力大等特性，被广泛用于人造卫星、宇宙飞船、高速飞机的结构制造。又如，用碳酸锂制造的微晶玻璃，其强度超过了不锈钢。再如，溴化锂可以代替污染大气的制冷剂氟利昂，制冷效果能提高15%。 用锂和锂化物制成的高能燃料，具有燃烧温度高、速度快等优点，是火箭、飞机、潜艇等的必备燃料。 锂盐还可用作化肥。锂盐化肥能防止农作物腐烂和黑锈病。 锂盐还可用于陶瓷、润滑油、医药、橡胶等多种产品的制造。 世界上应用最多的锂矿物是碳酸锂和锂铝硅酸盐矿物。它们主要用于玻璃
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。 微晶玻璃的性能主要决定于微晶相的种类、晶粒尺寸和数量、残余玻璃相的性质和数量。以上诸因素，又取决于原始玻璃的组成及热处理制度。热处理制度不但决定微晶体的尺寸和数量，而且在某些系统中导致主晶相的变化，从而使材料性能发生显著变化。另外，晶核剂的使用是否适当，对玻璃的微晶化也起着关键作用。微晶玻璃的原始组成不同，其主晶相的种类不同，如硅灰石、β-石英、β-锂辉石、氟金云母、尖晶石等。因此通过调整基础玻璃成分和工艺制度，就可以制得各种符合性能要求的微晶玻璃。 1.1.2 微晶玻璃的种类 目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同。通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等。表1-1列出了常用微晶玻璃的基础组成、主晶相及其主要特性。 表1-1常用微晶玻璃的组成、主晶相及主要特性
锂铝硅玻璃化学强化分析报告 1.锂铝硅玻璃发展 目前智能手机已经占据手机市场主要份额，且显示屏占比越来越高，碎屏成为手机使用最常见的破坏原因。此外各大手机厂商都有降低保护屏玻璃厚度的强烈列需求。随着柔性屏的出现，高强度曲面玻璃保护屏也成为新的需求，高铝硅玻璃的抗摔性越难越满足用户需求。 2016年中美国康宁公司推出第五代Gorilla玻璃GG5，为锂铝硅玻璃，同年中国电子旗下彩虹玻璃联合深圳东丽华科技推出凯丽6锂铝硅玻璃，旭硝子推出DT-star锂铝硅玻璃，肖特推出新肖特锂铝硅玻璃，国内旭虹光电也计划在2019年11月推出锂铝硅玻璃。目前锂铝硅玻璃已经在手机终端市场得到普遍应用，并在终端测试整机跌落跌落性能是高铝硅玻璃将近2倍，整机跌落面跌高度以1m为标准。其化学强化后性能也远超高铝硅玻璃。锂铝硅玻璃是化学强化保护玻璃发展新的趋势。 2.锂铝硅玻璃结构和强化原理 锂铝硅玻璃在骨干网络上与高铝硅相似，但在组成上同时引入Na、Li两种碱金属离子，可分步或同时进行K?—Na?、Na?—Li?二元离子交换，形成复合压应力层。 由于Li?半径更小，更容易在网络结构中迁移和交换，目前锂铝
硅玻璃化学离子交换的强化方法一般分两步进行：（1）第一步在以KNO3为质量分数60%以上的混合熔盐中进行离子交换，以Na?—Li?交换为主，获得具有极深的最大压应力层，DOL＞120um；（2）第二步，在以KNO3质量分数为90%以上的混合盐浴中进行离子交换，以K?—Na?交换为主，获得较高的表面压应力。两步完成后，玻璃表面就形成了较厚的复合压应力层。锂铝硅玻璃交换过程如下图所示： 3.锂铝硅玻璃强化性能 美国康宁公司所研制的第 5 代大猩猩玻璃不同于前4代，其为含 Li2O 的锂铝硅酸盐( Li2O-Na2O-Al2O3-SiO2 )玻璃体系。其适用于二步法化学强化工艺，DOL大于100μm，比第4代产品的DOL（75um）明显改善。 彩虹集团联合深圳东丽华科技有限公司紧跟康宁公司的GG5盖 板玻璃开发了一款类似产品，在2016年10月试制成功，产品命名为凯丽6（GL KAILLY?6，简称GK6），是中国第一款商用锂铝硅酸盐屏幕保护玻璃，锂铝硅酸盐结构与钠铝硅酸盐结构类似，因其同时含有
微晶玻璃 摘要：本文介绍了微晶玻璃与普通玻璃和陶瓷的区别，通过分析组成将其分类。 同时描述了微晶玻璃的制备，性质，应用，浅析其发展趋势。 关键词：微晶玻璃组成制备性能应用 Abstract：This paper introduces the difference between microcrystalline glass and common glass and ceramics. Through the analysis of composition classified microcrystalline glass. At the same time, also describe microcrystalline glass’s preparation, property and application. Analysisthe trend of its development. Keywords: Microcrystalline glass preparation property application trend 1 前言 微晶玻璃又称微晶玉石或陶瓷玻璃，是综合玻璃，是一种外国刚刚开发的新型的建筑材料，它的学名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。但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[1]。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。 2分类及其组成 目前，问世的微晶玻璃种类繁多，分类方法也有所不同。通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统；按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）；按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等 晶玻璃的组成在很大程度上决定其结构和性能。按照化学组成微晶玻璃主要分为四类：硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐微晶玻璃，氟硅酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃。 2.1 硅酸盐微晶玻璃 简单硅酸盐微晶玻璃主要由碱金属和碱土金属的硅酸盐晶相组成，这些晶相的性能也决定了微晶玻璃的性能。研究最早的光敏微晶玻璃和矿渣微晶玻璃属于 这类微晶玻璃。光敏微晶玻璃中析出的主要晶相为二硅酸锂（Li 2Si 2 O 5 ），这种晶 体具有沿某些晶面或晶格方向生长而成的树枝状形貌，实质上是一种骨架结构。
海南大学2012-2013学年度第2学期《功能材料学》论文 题目：微晶玻璃的光学应用 姓名： 学号： 20100607310014 学院：材料与化工学院 专业班级： 10理科实验班
微晶玻璃的光学应用 刘涛 20100607310014 摘要：微晶玻璃也叫做玻璃陶瓷，是玻璃经过晶化处理得到的部分结晶态的物质，它兼具玻璃和陶瓷的优良性质，比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强，因而广泛用于建筑、航天等各个领域。中国稀土资源丰富，由于稀土离子特殊的4f电子层结构使其具有许多优越的性能，目前稀土发光材料引起了全世界的广泛关注。微晶玻璃的高透过性和优越的机械性能使其能够做为稀土元素的良好基质，制成的稀土掺杂发光微晶玻璃广泛应用于荧光设备、激光、波导激光、上转换材料等领域，具有重要的现实意义。 关键词：微晶玻璃稀土元素光学应用 一、固体发光过程 发光是物体不经过热阶段而将其内部以某种方式吸收的能量直接转换为非平衡辐射的现象。当物质受到外界能量(如光照、外加电场或电子束轰击等)的激发后，吸收外界能量而处于激发态，它在跃迁返回基态的过程中，吸收的能量会通过光或热的形式释放出来，如果这部分能量以光的电磁波形式辐射出来，即为发光。图1所示即为发光的过程[1]： 图1：发光的过程示意图 激活剂A吸收激发光的能量被激发(EXC)，由基态A变为激发态A*，然后又回到基态(R)，并发出光(EM)[2]。 二、发光材料的应用及稀土掺杂微晶玻璃的优点
发光材料在人们日常生活中有着重要的应用，从照明、显像到医学、放射学等领域，无不存在着发光材料的身影。在发光材料的发展中，稀土掺杂的发光材料格外引人注目，由于稀土离子特殊的4f电子层结构，决定其具有许多优越的性能：物理化学性质稳定、耐高温、可承受大功率电子束、高能辐射和强紫外光的作用；荧光寿命宽泛，可以跨越纳秒到毫秒6个数量级；发光颜色度纯、转换效率高、发射波长分布区域宽等。这些优异的性能使得稀土发光材料广泛应用于荧光设备、激光、波导激光、上转换材料等领域[3]。 稀土掺杂的基质材料一般为晶体，也可以是非晶态玻璃材料，晶体和玻璃作为稀土掺杂发光材料的基质各有优缺点，发光玻璃保证了发光光材料的稳定性，但是与同组成的晶体材料相比，发光玻璃的发光强度弱，转换效率也比较低[4]，而微晶玻璃作为一种晶态和非晶态共存的材料，兼具了晶体发光材料优异的发光性能及玻璃材料的优异特性，其内部晶相能够保持发光晶体材料原有的发光性能，其熔制时的液体状态亦能够保证其均匀性，微晶玻璃亦具有良好的稳定性及可加工性，具有重要的研究价值。 三、微晶玻璃的分类、制备及显微结构 1、微晶玻璃的分类 按照玻璃陶瓷的化学组成来讲，玻璃陶瓷分为四大类：硅酸盐玻璃陶瓷、铝硅酸盐玻璃陶瓷、氟硅酸盐玻璃陶瓷、磷酸盐玻璃陶瓷[12] 。 1.1 硅酸盐玻璃陶瓷 硅酸盐玻璃陶瓷主要是由碱金属和碱土金属两部分组成，主晶相为硅酸盐，晶相可以决定玻璃陶瓷的性能[13]。硅酸盐玻璃陶瓷可分为两种：光敏玻璃陶瓷和 矿渣玻璃陶瓷。光敏玻璃陶瓷是以二硅酸锂(Li 2Si 2 O 5 )为主晶相的，这种晶体是 一种骨架结构[14]，形貌像树枝，因为它的晶体生长方向是沿某些晶面，或者晶格 方向。而矿渣玻璃陶瓷主晶相则为硅灰石(CaSiO 3)和透辉石[Ca Mg(SiO 3 ) 2 ]。透 辉石因为其结构的特殊性，比硅灰石更加耐磨，耐腐烛，强度也更高。 1.2 铝硅酸盐玻璃陶瓷 铝硅酸盐玻璃陶瓷包括Li 2O—Al 2 O 3 —SiO 2 系统、MgO—Al 2 O 3 —SiO 2 系统、Na 2 O
（申请工学硕士学位论文） 钙铝硅系微晶玻璃结构 与耐磨性的研究 培养单位：材料学院 专业名称：材料学 研 究 生：钮 锋 指导老师：何 峰 教 授 2005年5月 钙 铝 硅系 微晶 玻 璃结 构 与耐 磨性 的研究 钮 锋 武 汉理 工 大 学
分类号密级 UDC 学校代码 10497 学 位 论 文 题 目 钙铝硅系微晶玻璃结构与耐磨性的研究 英 文 Research of Microstructure and Wear-Resistance 题 目on the CaO-Al2O3-SiO2 Glass-ceramics 研究生姓名 钮 锋 姓名 何峰 职称 教授 学位 硕士 指导教师 单位名称 武汉理工大学材料学院 邮编 430070 申请学位级别 硕士 学科专业名称 材料学 论文提交日期 论文答辩日期 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人 刘继翔 汤李缨 2005年 6 月
摘 要 近年来，随着CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃产业的发展，以及装饰装修的兴起，已经有大量建筑物应用了建筑装饰微晶玻璃。但是使用后发现，微晶玻璃装饰板材表面会出现的“划伤”现象，失去其原有的装饰效果，使其应用范围受到限制。 本课题就以β－硅灰石为主要晶相的微晶玻璃（CaO-Al2O3-SiO2系统）为研究对象，利用烧结法制备微晶玻璃，采用调整基础玻璃配方组成CaO和Al2O3，来调节析出晶体的种类大小及其含量，研究不同晶相含量与微晶玻璃耐磨性能的关系，并分析其对其微观结构、硬度等力学性能的影响。此外，还采用直接加入增韧剂ZrO2的方法，研究加入ZrO2对微晶玻璃结构、耐磨性能的影响。同时还研究了ZrO2对微晶玻璃烧结析晶的影响。 实验中采用磨料磨损的方式。以60目和130目的锆英砂和100目的SiC作为磨料，在道瑞式耐磨性试验机上测试微晶玻璃的耐磨性能，并通过观察试样磨损后的表面微观形貌，来分析其磨损的机理。 实验结果表明：CaO的引入有利于微晶玻璃的析晶，从而提高了材料的耐磨性能；Al2O3的引入虽然降低玻璃的结晶倾向，但是可以使玻璃体更加致密，并提高了玻璃相的力学性能，综合两种作用，微晶玻璃整体的耐磨性得到了一定程度的提高；ZrO2的引入会提高玻璃的粘度，使其烧结收缩率下降，不利于微晶玻璃的烧结。然而ZrO2对微晶玻璃的析晶有一定的促进作用，并且其具有的增韧效果，可以提高微晶玻璃的耐磨性能。 在磨损试验中，对于锆英砂磨料，颗粒越大，磨损量越高；对于不同的磨料，锆英砂和SiC，锆英砂硬度高于SiC，其磨损量也远大于SiC。在小颗粒松散磨料的低磨损区，磨损机理主要是微观切削磨损机理，表面有明显的犁沟或者印痕。在大颗粒的高磨损区，磨损行为包含多种机理，表面的磨损形貌也很复杂。 关键词：微晶玻璃耐磨性能增韧磨损机理
微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）又称微晶玉石或陶瓷玻璃。是综合玻璃，是一种外国刚刚开发的新型的建筑材料，它的学名叫做玻璃水晶。微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。 现在，我们做一个微晶玻璃与天然石材的对比实验。我们把墨水分别倒在大理石和微晶玻璃上，稍等片刻，微晶玻璃上的墨汁可以轻易的擦掉，而大理石上的墨迹却留了下来。这是为什么呢？大理石、花岗岩等天然石材表面粗糙，可以藏污纳垢，微晶玻璃就没有这种问题。大家都知道，大理石的主要成分是碳酸钙，用它做成建筑物，很容易与空气中的水和二氧化碳发生化学反应，这就是大理石建筑物日久变色的原因，而微晶玻璃几乎不与空气发生反应，所以可以历久长新。专家介 微晶玻璃陶瓷复合板材[1] 绍说，这项发明的突破点主要有两个，分别是原料的配比和工艺的设计。其中，工艺的设计是技术的关键。置备微晶玻璃首先要把原材料按照比例配好，放到窑炉里烧熔，等全部融化之后，把熔液倒在冰冷的铁板上，这叫做淬火，淬火之后，原料已经变成了一块晶莹的玻璃，这一步是烧结的过程。现在，我们把玻璃捣碎，装入模具，抹平，再次放入窑炉，这次煅烧使它的原子排列规则化，是从普通玻璃到微晶玻璃的过程。 一般的废渣土中都含有制作微晶玻璃的大多数成分，我们通过电脑检测，确定现有原料的化学组成，添加所缺部分，大大降低了成本。微晶玻璃利用废渣、废土做原材料，有利于环境治理，可以变废为宝，与各地环保工作同步进行。 低膨胀系数的微晶玻璃可用于激光导航陀螺、光学望远镜等重要科技领域，我国目前生产激光导航陀螺所用微晶玻璃基本依赖进口，日前，厦门航空工业有限公司称已研制出可适用激光导航陀螺的微晶玻璃，质量可与德国等进口玻璃相媲美。 微晶玻璃集中了玻璃、陶瓷及天然石材的三重优点，优于天石材和陶瓷，可用于建筑幕墙及室内高档装饰，还可做机械上的结构材料，电子、电工上的绝缘材料，大规模集成电路的底板材料、微波炉耐热列器皿、化工与防腐材料和矿山耐磨材料等等。是具有发展前途的21世纪的新型材料。 目前建筑用微晶玻璃均采用烧结法，而且不加入晶核剂。它的基本原理是，玻璃是一种非晶态固体，从热力学观点看，它处于一种亚稳状态，较之晶体有较高的内能，所以在一定条件下，可以转化为结晶态。从动力学观点来看，玻璃熔体在
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910336840.8 (22)申请日 2019.04.25 (71)申请人 济南大学 地址 250022 山东省济南市市中区南辛庄 西路336号 (72)发明人 康俊峰 陈志延 岳云龙 屈雅 丁帅凯 (74)专利代理机构 济南誉丰专利代理事务所 (普通合伙企业) 37240 代理人 李茜 (51)Int.Cl. C03C 10/00(2006.01) C03B 5/16(2006.01) C03B 13/00(2006.01) (54)发明名称 一种无氟高韧性钙镁铝硅微晶玻璃及其制 备方法 (57)摘要 本发明涉及一种具有高韧性的微晶玻璃及 其制备方法，所述微晶玻璃为无氟配方，配合料 组成按重量百分比计含有如下成分：CaO 18%- 30%，MgO 5%-10%，Al 2O 315%-30%，SiO 250%-65%， MoO 30.01%-0.1%，碳粉0.1%-1%，K 2O+Na 2O 0%-2%。 本发明采用压延法制备微晶玻璃，其特点在于， 所得微晶玻璃除了具有很高的强度和硬度意外， 同时具备很高的断裂韧性1.9-2.5 MPa m 1/2，从 而提高了微晶玻璃的可加工性能和抗冲击性能， 大大拓展了微晶玻璃的应用领域。权利要求书1页 说明书4页CN 109942194 A 2019.06.28 C N 109942194 A
1.一种高韧性微晶玻璃，其特征在于：所述微晶玻璃的配合料按重量百分比计含有如下组分： CaO 18%-30%； MgO 5%-10%； Al2O3 15%-30%； SiO2 50%-65%； MoO3 0.01%-0.1%； 碳粉0. 1%-1% 任意比例混合的Na2O和K2O 0%-2%。 2.根据权利要求1所述微晶玻璃，其特征在于：MoO3和碳粉的重量比为1:5 ~1:10，优选1: 8。 3.根据权利要求1所述微晶玻璃，其特征在于：CaO和Al2O3的重量比为3: 5 ~7:3，优选5: 4。 4.根据权利要求1-3所述微晶玻璃，其特征在于：SiO2由石英砂引入；Al2O3可由工业氢氧化铝或工业氧化铝引入；CaO可由石灰石或重钙粉引入；Na2O由钠长石引入；K2O由钾长石引入。 5.根据权利要求1-4所述微晶玻璃，其特征在于：其主晶相为CaAl2Si2O8，晶相含量为25-40%。 6.根据权利要求1-5所述微晶玻璃，其特征在于：其断裂韧性为1.9-2.5 MPa m1/2。 7.根据权利要求1-6任意一项所述的微晶玻璃的制备方法，其特征在于：其包括如下步骤： （1）配料：按照上述组成配比准备原料，将原料粉磨、混合均匀； （2）熔化成型：将均匀的的配合料加入池窑熔融，熔化温度为1450℃-1560℃；玻璃液经 料道降温，进入压延机温度为1050℃ ~1150℃，出压延辊温度约为850℃ ~ 950℃，形成玻璃 板； （3）退火：将上述玻璃板经过渡辊台送入退火窑，在800-850℃下冷却退火0.5-1 h，退火完成后，以40-60 ℃/h的降温速率至室温，得到基础玻璃板； （4）热处理：将基础玻璃板升温至1000-1100 ℃，升温速率为80-100℃/h，保温1.5-3h 晶化，然后进行退火，得到微晶玻璃板； （5）经切割和抛光后得到合格的微晶玻璃板材。 权 利 要 求 书1/1页 2 CN 109942194 A
沈阳建筑大学 毕业论文 毕业论文题目CaO对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析晶性能的影响研究学院专业班级材料学院无机非金属工程10-04班 学生姓名陈肖性别女 指导教师徐长伟职称教授 年月日
目录 摘要 ................................................................................................................................... I Abstract .............................................................................................................................. II 目录 (1) 第一章绪论 (4) 1.1微晶玻璃概述 (4) 1.1.1微晶玻璃及其显微结构 (4) 1.1.2微晶玻璃研究现状及发展趋势 (6) 1.2 CAS系微晶玻璃的概述 (7) 1.2.1烧结法CAS系微晶玻璃的制备工艺 (7) 1.2.2微晶玻璃的烧结过程分析 (7) 1.3 CMAS系微晶玻璃的概述 (8) 1.4尾矿微晶玻璃研究现状和发展趋势 (9) 1.5建筑微晶玻璃的制备方法 (10) 1.6微晶玻璃中的氧化钙(CaO)的概述 (12) 1.6.1氧化钙(CaO)的结构 (12) 1.6.2氧化钙(CaO)的性能特点 (12) 1.6.3氧化钙(CaO)的应用 (12) 1.7微晶玻璃的热处理制度的概述 (13) 1.7.1一次烧结法概述 (13) 1.7.2一次烧结法与传统方法比较 (13) 1.8选题依据及研究内容 (14) 1.8.1选题依据 (14) 1.8.2研究内容 (14) 第二章试验原材料与方案设计 (16) 2.1实验原材料 (16) 2.2实验设备 (19) 2.3实验理论依据 (20) 2.4实验流程 (20)
4性能 如前所述，玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体，或称玻璃态物质，从热力学观点出发，它是一种亚稳态，较之晶态具有较高的内能，在一定条件下可转变为结晶态（多晶体）。对玻璃控制晶化而制得的微晶玻璃具有突破的力学、热学及电学性能。 材料的外在性能取决于它的内在结构。微晶玻璃也不例外，微晶玻璃的结构取决于晶相和玻璃相的组成、晶体的种类、晶粒的尺寸的大小、晶相的多少以及残留玻璃相的种类及数量。值得注意的是这种残留玻璃相的组成，通常和它的母体玻璃组成并不一样，因为它缺少了那些参与晶相形成所需的氧化物。 微晶玻璃结构的一个显著特征是拥有极细的晶粒尺寸和致密的结构，并且晶相是均匀分布和杂乱取向的。可以说微晶玻璃具有几乎是理想的多晶固体结构。其中晶相和残留玻璃相的比例可以有很大不同，当晶相的体积分数较小时，微晶玻璃为含孤立晶体的连续玻璃基体结构，此时玻璃相的性质将强烈地影响微晶玻璃的性质；当晶相的体积分数与玻璃相大致相等时，就会形成网络结构；当晶相的体积分数较大时，玻璃即在相邻晶体间形成薄膜层，这时微晶玻璃的性质主要取决于主晶相的物理化学性质。 因此微晶玻璃性能既取决于晶相和玻璃相的化学组成、形貌以及其相界面的性质，又取决于它们的晶化工艺。因为晶体的种类由原始玻璃组成决定，而晶化工艺亦即热处理制度却在很大程度上影响着析出晶体的数量和晶粒尺寸的大小。 ①主晶相的种类不同主晶相的微晶玻璃，其性能差别很大。如主晶相为堇青石（2Mg O·2Al2O3·5SiO2）的微晶玻璃具有优良的介电性、热稳定性和抗热震性以及高强度和绝缘性；主晶相为β－石英固溶体的微晶玻璃具有热膨胀系数低和透明及半透明性能；主晶相为霞石（NaAlSiO4）的微晶玻璃具有高的热膨胀系数，在其表面喷涂低膨胀微晶玻璃釉料后，可以作为强化材料。通过选取不同的原始玻璃组成及热处理制度，可以得到不同的主晶相，得到不同性能的微晶玻璃，满足不同的需要。 ②晶粒尺寸的大小微晶玻璃的光学性质、力学性质，是随晶粒尺寸大小的变化而变化的。如Li2O-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃可分为超低膨胀透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃，以及中、低膨胀的微晶玻璃三种，其透明度主要与晶粒尺寸的大小有关。 ③晶相、玻璃相的数量微晶玻璃中晶相的含量变化时，会影响到玻璃的各种性质，如力学性质、电学性质、热学性质等。又如微晶玻璃的密度，由于析出晶体的种类及最终结晶相与玻璃相的比例不同，可以在2.3～6.0g/cm3很大范围内变动；再比如微晶玻璃的热膨胀系数会随着微晶玻璃的晶相含量的增加而降低。 4.1密度 密度是物质单位体积所具有的质量。微晶玻璃的密度主要取决于构成晶相和玻璃相的原子的质量，也与原子堆积紧密程度以及配位数有关，是表征微晶玻璃结构的一个标志。微晶玻璃的密度是其中晶相和玻璃相密度共同作用的结果。然而，通常大多数微晶玻璃的密度还是由主晶相的密度所决定的。所以，不同类型的微晶玻璃材料其密度值也不相同。 4.1.1玻璃、陶瓷与微晶玻璃密度的比较 微晶玻璃的密度和玻璃或陶瓷的密度都在大致相同的范围内，如表4-1所示。但是基础玻璃和微晶玻璃的密度还是有很大的差别的，这是因为玻璃的热处理的过程中通常会产生体积变化，这些改变有正向的、负向的或基本不变，但这种体积的改变一般不会超过3％。微晶玻璃的密度是其中所含的各种晶相以及玻璃相密度的综合体现。 表4-1 玻璃、陶瓷与微晶玻璃三种材料的密度
微晶玻璃的生产制备 1．微晶玻璃概述 新型微晶材料的开发研制最先起于美国，亚洲的日本紧随其后，成为目前世界上新型微晶材料的生产大国，此后西欧和亚太地区的经济发达国家不甘落后，也加紧开发研制。而我国则起步于上世纪的八十年代初，经过二十年的开发，微晶材料的生产工艺基本上已趋于成熟，进入了实用阶段。它主要用做建筑装饰材料、飞机、火箭、卫星等结构材料，医疗、化工等防腐材料以及军事上，如激光制导材料等。 微晶玻璃是新型微晶材料的一种，它是通过基础玻璃或其它材料在加热过程中进行控制晶化而得到的一种中含有大量微晶体和玻璃体的复合固体材料。更具体说，它是在高达1500℃高温条件下，从含特殊成份的玻璃液中析出的特殊晶相及硅灰石晶体和玻璃相结合致密整体结晶材料。其颜色多种多样。生产方法可分为烧结法、压延法、浇铸法。产品按配方可分为两大类，一类是矿渣类。所用原料为矿渣、石英砂、长石、石灰石、萤石、白云石、滑石等；第二类为泥沙类。所用原料为泥沙、石英砂、长石、纯碱、石灰石、白云石、重晶石、萤石等。 由于微晶玻璃是硅灰石相和玻璃相相结合的致密整体结晶材料，颜色上是以金属氧化物为着色剂，因而其表面特征既有陶瓷的特征，又与天然石材极其相似，加之材料形状多为板材，因而许多人又将其称作为微晶板材、微晶石材、微晶玉石、玻璃陶瓷、结晶化玻璃或人造石材等等。由于其结构极为致密并用作表面装饰材料。因此，又有人将其归为实体面材。与建筑陶瓷及天然石材制品相比，由于微晶玻璃具有特定性能的晶相析出。因而，在机械强度、表面硬度、热膨胀性能、耐酸碱及抗腐蚀等方面具有一些独特的优点。 1.1微晶玻璃的分类 微晶玻璃可按不同的标准分类，从外观看，有透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃；按微晶化原理可分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃；按照性能分为耐高温、耐热冲击、高强度、耐磨、易机械加工、易化学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、零膨胀、低介电损失、强介电性、强磁性和生物相容等种类；按基础玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐、硼酸盐及磷酸盐等五大类；按所用材料则分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃两类。 2．微晶玻璃的性质及应用 2.1力学性质 （1）机械强度，微晶玻璃的机械强度比一般玻璃、陶瓷材料以及某些金属材料高很多。抗压强度为0.59~1.02GPa，弯曲强度为88.2~220.5GPa，拉伸强度为49~137.2MPa；特殊的或增强的微晶玻璃，弯曲强度高达411.6~548.5MPa。微
(1)铝硅系合金，也叫“硅铝明”或“矽铝明”。有良好铸造性能和耐磨性能，热胀系数小，在铸造铝合金中品种最多，用量最大的合金，含硅量在10％～25％。有时添加0.2％～0.6％镁的硅铝合金，广泛用于结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等。有时添加适量的铜和镁，能提高合金的力学性能和耐热性。此类合金广泛用于制造活塞等部件。 (2)铝铜合金，含铜4.5％～5.3％合金强化效果最佳，适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。主要用于制作承受大的动、静载荷和形状不复杂的砂型铸件。 (3)铝镁合金，密度最小 (2.55g/cm3)，强度最高(355MPa左右)的铸造铝合金，含镁12％，强化效果最佳。合金在大气和海水中的抗腐蚀性能好，室温下有良好的综合力学性能和可切削性，可用于作雷达底座、飞机的发动机机匣、螺旋桨、起落架等零件，也可作装饰材料。 (4)铝锌系合金，为改善性能常加入硅、镁元素，常称为“锌硅铝明”。在铸造条件下，该合金有淬火作用，即“自行淬火”。不经热处理就可使用，以变质热处理后，铸件有较高的强度。经稳定化处理后，尺寸稳定，常用于制作模型、型板及设备支架等。 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金密度低，但比强度高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。
铝合金按加工方法可以分为变形铝合金 和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝 合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处 理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 铝合金可以采用热处理获得良好的机械 性能，物理性能和抗腐蚀性能。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。 纯铝产品】 [编辑本段] 纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份Al表示，后者用汉语拼音LG （铝、工业用的）表示。 【压力加工铝合金】 [编辑本段] 铝合金压力加工产品分为防锈（LF）、硬质（LY）、锻造（LD）、超硬（LC）、包覆（LB）、特殊（LT）及钎焊（LQ）等七类。常用铝合金材料的状态为退火（M 焖火）、硬化（Y）、热轧（R）等三种。 【铝材】 [编辑本段] 铝和铝合金经加工成一定形状的材料统 称铝材，包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材、型材等。 【铸造铝合金】 [编辑本段] 铸造铝合金（ZL）按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。
[编辑本段]【概述】 以铝为基的合金总称。主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。 铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。 铝合金分两大类：铸造铝合金，在铸态下使用；变形铝合金，能承受压力加工，力学性能高于铸态。可加工成各种形态、规格的铝合金材。主要用于制造航空器材、日常生活用品、建筑用门窗等。 铝合金按加工方法可以分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金又分为不可热处理强化型铝合金和可热处理强化型铝合金。不可热处理强化型不能通过热处理来提高机械性能，只能通过冷加工变形来实现强化，它主要包括高纯铝、工业高纯铝、工业纯铝以及防锈铝等。可热处理强化型铝合金可以通过淬火和时效等热处理手段来提高机械性能，它可分为硬铝、锻铝、超硬铝和特殊铝合金等。 铝合金可以采用热处理获得良好的机械性能，物理性能和抗腐蚀性能。 铸造铝合金按化学成分可分为铝硅合金，铝铜合金，铝镁合金和铝锌合金。 [编辑本段]【纯铝产品】 纯铝分冶炼品和压力加工品两类，前者以化学成份AL表示，后者用汉语拼音LG（铝、工业用的）表示。 [编辑本段]【压力加工铝合金】 铝合金压力加工产品分为防锈（LF）、硬质（LY）、锻造（LD）、超硬（LC）、包覆（LB）、特殊（LT）及钎焊（LQ）等七类。常用铝合金材料的状态为退火（M焖火）、硬化（Y）、热轧（R）等三种。 [编辑本段]【铝材】 铝和铝合金经加工成一定形状的材料统称铝材，包括板材、带材、箔材、管材、棒材、线材、型材等。 [编辑本段]【铸造铝合金】 铸造铝合金（ZL）按成分中铝以外的主要元素硅、铜、镁、锌分为四类，代号编码分别为100、200、300、400。 [编辑本段]【高强度铝合金】 高强度铝合金指其抗拉强度大于480兆帕的铝合金，主要是压力加工铝合金中硬铝合金类、超硬铝合金类和铸造合金类。 [编辑本段]【铝合金缺陷修复】 铝合金在生产过程中，容易出现缩孔、砂眼、气孔和夹渣等铸造缺陷。如何修复铝合金铸件气孔等缺陷呢？如果用电焊、氩焊等设备来修补，由于放热量大，容易产生热变形等副作用，无法满足补焊要求。 冷焊修复机是利用高频电火花瞬间放电、无热堆焊原理来修复铸件缺陷。由于冷焊热影响区域小，不会造成基材退火变形，不产生裂纹、没有硬点、硬化现象。而且熔接强度高，补材与基体同时熔化后的再凝固，结合牢固，可进行磨、铣、锉等加工，致密不脱落。冷焊修复机是修补铝合金气孔、砂眼等细小缺陷的理想方法。 [编辑本段]【不同牌号铝合金的典型用途】 合金典型用途 1050 食品、化学和酿造工业用挤压盘管，各种软管，烟花粉 1060 要求抗蚀性与成形性均高的场合，但对强度要求不高，化工设备是其典型用途 1100 用于加工需要有良好的成形性和高的抗蚀性但不要求有高强度的零件部件，例如化工产品、
微晶玻璃的制备 一、文献综述 1、微晶玻璃的概念 微晶玻璃又叫微晶玉石或陶瓷玻璃，是综合玻璃，学名叫做玻璃水晶。 微晶玻璃和我们常见的玻璃看起来大不相同。它具有玻璃和陶瓷的双重特性，普通玻璃内部的原子排列是没有规则的，这也是玻璃易碎的原因之一。而微晶玻璃象陶瓷一样，由晶体组成，也就是说，它的原子排列是有规律的。 所以，微晶玻璃比陶瓷的亮度高，比玻璃韧性强。但微晶玻璃不同于陶瓷和玻璃。 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。 2、微晶玻璃的分类 （1）通常按微晶化原理分为光敏微晶玻璃和热敏微晶玻璃； （2）按基础玻璃的组成分为硅酸盐系统、铝硅酸盐系统、硼硅酸盐系统、硼酸盐和磷酸盐系统； （3）按所用原料分为技术微晶玻璃（用一般的玻璃原料）和矿渣微晶玻璃（用工矿业废渣等为原料）； （4）按外观分为透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃； （5）按性能又可分为耐高温、耐腐蚀、耐热冲击、高强度、低膨胀、零膨胀、低介电损耗、易机械加工以及易化学蚀刻等微晶玻璃以及压电微晶玻璃、生物微晶玻璃等 （6）晶玻璃的组成在很大程度上决定其结构和性能。按照化学组成微晶玻璃主要分为四类：硅酸盐微晶玻璃，铝硅酸盐微晶玻璃，氟硅酸盐微晶玻璃，磷酸盐微晶玻璃。 3、微晶玻璃的制备方法 微晶玻璃的制备方法根据其所用原材料的种类、特性、对材料的性能要求而变化，主要的有熔融法、烧结法、溶胶—凝胶法、二次成型工艺、强韧化技术等。 3.1、熔融法（整体析晶法） 熔融后急冷，退火后在经一定的热处理制度进行成核和晶化以获得晶粒细
第26卷 第12期 无 机 材 料 学 报 Vol. 26 No. 12 2011年12月 Journal of Inorganic Materials Dec., 2011 收稿日期: 2010-12-31; 收到修改稿日期: 2011-02-28 作者简介: 李要辉(1984?), 男, 博士.E-mail: liyaohui05@https://www.doczj.com/doc/4d13857741.html, 文章编号: 1000-324X(2011)12-1319-08 DOI: 10.3724/SP.J.1077.2011.01319 Li 2O·Al 2O 3·4SiO 2-Ta 2O 5系微晶玻璃分相与析晶机理研究 李要辉1, 梁开明2, 成惠峰1, 吴云龙1 (1. 中国建筑材料科学研究总院, 北京100024; 2. 清华大学 材料科学与工程系, 北京100084) 摘 要: 采用Ta 2O 5为晶核剂制备Li 2O ·Al 2O 3·4SiO 2-Ta 2O 5微晶玻璃, 并研究其分相、析晶机理, 构建晶化模型. 结果表明Ta 2O 5能有效促进玻璃的体积析晶, 获得了晶粒尺寸为50nm 的精细组织. 非等温动力学计算显示随Ta 2O 5含量增加, 析晶活化能降低, 析晶指数增加, 析晶动力学参数K (T p )作为析晶判据更为合理. 研究发现, LAST 玻璃冷却时因亚稳分解导致互锁分相, 形核前期又借助成核生长机制发生微滴分相, 晶体生长则在继承亚稳分相形貌基础上发生“他形”析晶. 最终构建了LAST 微晶玻璃的晶化模型. 关 键 词: 锂铝硅微晶玻璃; Ta 2O 5; 分相; 析晶机制 中图分类号: TQ171 文献标识码: A Phase Separation and Crystallization of Li 2O·Al 2O 3·4SiO 2-Ta 2O 5 Glass-ceramics LI Yao-Hui 1, LIANG Kai-Ming 2, CHENG Hui-Feng 1, WU Yun-Long 1 (1. China Building Material Academy, Beijing 100024, China; 2. Department of Materials and Engineering, Tsinghua Univer-sity, Beijing 100084, china) Abstract: Li 2O ·Al 2O 3·4SiO 2-Ta 2O 5 glass-ceramics were prepared with Ta 2O 5 as nucleating agent, and the phase separation and crystallization mechanism were investigated. The results show that addition of Ta 2O 5 promotes internal crystallization effectively, which result in fine-grained microstructure with dimension of 50nm. The non-isothermal crystallization kinetics indicates that the crystallization activation energy decrease and crystallization index increase apparently with increasing amount of Ta 2O 5, the parameter of K (T p ) is recommended as a better crystallization crite-rion. It is considered that spinodal decomposition occur primarily and result in an interlocking phase separation on cooling of glass, metastable droplet phase separate by nucleation and growth mechanism upon reheating process, then, “anhedral” crystallization takes place and inherits the morphology of the original phase separation. Consequently, the crystallization model of LAST glass-ceramics is put forward successfully. Key words: lithium aluminosilicate glass-ceramics; Ta 2O 5; phase separation; crystallization mechanism Li 2O-Al 2O 3-SiO 2(LAS)系微晶玻璃具有极低甚至接近于零的热膨胀系数和优异的透光性能, 广泛用于制造耐热炊具以及精密光学器件, 多年来备受关注[1-3]. 通过添加适当的晶核剂和热处理后, LAS 微晶玻璃可生成β-石英固溶体和β-锂辉石固溶体两种主晶相, 得到均匀致密的组织结构[4-5]. 研究认为, 四配位[TiO 4]和低温稳定的六配位状态[TiO 6]结构上的差别会引起玻璃核化过程中发生分相, 形成大量的富钛微晶作为β-石英固溶体的非均匀形核核心, 促进玻璃晶化[6-9]. 尤其是采用TiO 2+ZrO 2复合晶核剂时ZrTiO 4晶核密度可达1016~1017/mm 3, 更易于获得晶粒细小、结构均匀的精细组织, 制备高透明LAS 微晶玻璃. 此外, 为改善LAS 系微晶玻璃的熔制性能, 调节其热膨胀系数, 常加入少量的碱金属、碱土金属氧化物, 化学组成表示为Li 2-2(u +v )Mg u Zn v O·n Si 1-2w Al w P w O 2, 其中n 值为4~10, u +v <1, w <1/2. Ta 2O 5作为玻璃形成氧化物常应用于制备光学