R-,2-O-CaO-SiO-,2-系統(tǒng)微晶玻璃相變過程與機(jī)理的研究.pdf

1、R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃具有斷裂韌性高、強(qiáng)度高、加工性能好等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)，可采用壓延法進(jìn)行連續(xù)式生產(chǎn)，是一種新型高檔的建筑裝飾材料。從國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，關(guān)于R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃的研究主要集中在以硅堿鈣石和磷灰石為主晶相的生物微晶玻璃上，而關(guān)于建筑裝飾微晶玻璃并未涉及，即同生產(chǎn)工藝相配套的合理組成、相應(yīng)相變過程及機(jī)理仍未明確。
　　 因此本課題研究R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃

2、基礎(chǔ)組成同母體玻璃結(jié)構(gòu)之間相互影響關(guān)系，以及母體玻璃結(jié)構(gòu)的改變對(duì)相變過程的影響，得出合理的組成和工藝制度，以合理控制相變過程，獲取預(yù)期的結(jié)構(gòu)和性能。
　　 通過研究，取到以下研究成果：
　　 （1）R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)玻璃中K2O、Na2O和CaO含量較高，且引入F，因此高溫粘度較小，成形溫度大約處1100℃，能較好地適應(yīng)壓延工藝的成形要求。通過對(duì)熔體水淬試樣進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)玻璃的熔體結(jié)構(gòu)在高溫下就發(fā)生了分相現(xiàn)

3、象，分相區(qū)域?yàn)閷訝畹模鲗又形龀隽斯聧u狀的微分相區(qū)。結(jié)合 Raman光譜可以發(fā)現(xiàn)這些分相區(qū)中析出了CaF2晶體。
　　 （2）R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃的退火溫度選取對(duì)于微晶玻璃的制備至關(guān)重要。當(dāng)退火溫度較高的時(shí)候，雖然試樣仍然透明，并未發(fā)生明顯的失透，但是試樣中已有部分區(qū)域析出 CaF2晶核。合適的退火溫度為400℃～450℃。
　　 （3）R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃在成核溫度范圍內(nèi)發(fā)生了明

4、顯的分相現(xiàn)象，析出了氟化鈣晶核。隨著核化溫度的升高，分相和成核得到了增強(qiáng)，并對(duì)晶化產(chǎn)生了影響。在晶化處理過程中，隨著晶化溫度的升高，晶體含量不斷升高，但是晶相種類發(fā)生了改變，由硬硅鈣石向硅堿鈣石轉(zhuǎn)變，且氟化鈣含量降低。
　　 （4）當(dāng)微晶玻璃中氧化鉀的引入量為5wt％左右時(shí)，微晶玻璃的主晶相為顆粒狀的氟化鈣和柱狀的槍晶石，晶體含量為15％。氧化鉀引入量由6wt％增加到8wt％時(shí)，其氧硅比由2.56升高到2.64，粘度隨氧硅比的上

5、升而急劇下降，玻璃轉(zhuǎn)變點(diǎn)溫度降低，于646℃析出氟化鈣，而最大析晶峰溫度升高，主要析出集束狀α-硅堿鈣石，次晶相為少量的氟化鈣，晶體含量由35％增大到40％。綜合考慮，合適的氧化鉀含量應(yīng)為7 wt％左右。
　　 （5）在微晶玻璃中，氧化鋁都以四配位參與到硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)當(dāng)中。隨著氧化鋁的引入量由2.5 wt％增加到4.5 wt％，玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)，高溫下玻璃中的質(zhì)點(diǎn)，尤其是堿金屬的遷移受到限制，影響主晶相的析出。當(dāng)氧化鋁含量為

6、2.5 wt％時(shí)，微晶玻璃的主晶相為集束狀的α-硅堿鈣石，當(dāng)氧化鋁含量為3.5wt％時(shí)微晶玻璃的主晶相轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的氟化鈣和板條狀的硬硅鈣石。當(dāng)氧化鋁引入量為4.5wt％時(shí)，微晶玻璃析出α-硅堿鈣石和氟化鈣。
　　 （6）隨著氧化鈣的引入量由10.8 wt％增加至16.8 wt％，R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃析出的晶相由硅堿鈣石逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛补桠}石、硅酸鈣及方石英等晶相。氧化鈣含量的升高導(dǎo)致微晶玻璃析晶速率加快，晶粒尺

7、寸變大，導(dǎo)致樣品力學(xué)性能的降低。隨著氧化鈣的引入量由10.8 wt％增加至16.8 wt％，試樣抗折強(qiáng)度由85 MPa降低至72 MPa。
　　 （7）隨著氟的引入量由3.4 wt％增加到6.4 wt％，促進(jìn)了R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)中硅堿鈣石和α硅堿鈣石的析出。氟含量的適量增加，可以通過提高析晶量起到提高樣品力學(xué)性能作用。但氟引入量過高的也會(huì)使其析晶速率太快，生成粗大晶粒，導(dǎo)致樣品力學(xué)性能的降低，使其抗折強(qiáng)度由86 M

8、Pa降低到66 MPa左右。
　　 （8）采用兩步法進(jìn)行熱處理，R2O-CaO-SiO2-F系統(tǒng)微晶玻璃析出硅堿鈣石與α硅堿鈣石晶體，且晶相含量較高，而采用一步法進(jìn)行熱處理所得主晶相為α硅堿鈣石。在700℃熱處理1小時(shí)的母體玻璃析出硬硅鈣石，但通過延時(shí)熱處理出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變，主晶相轉(zhuǎn)變?yōu)楣鑹A鈣石晶相，析出晶相的尺寸比兩步法要小，但微觀結(jié)構(gòu)相似。研究結(jié)果表明：合適的核化溫度位于450℃-550℃，合適的晶化溫度位于750℃-850℃之