可加工氟閃石玻璃陶瓷反應(yīng)析晶法制備、析晶機(jī)理及性能研究.pdf

1、提出了一種制備可加工氟閃石玻璃陶瓷的新工藝—反應(yīng)析晶法：將合成氟云母晶體粉末直接與普通鈉鈣玻璃粉末混合，燒結(jié)制備成氟閃石玻璃陶瓷。與傳統(tǒng)的熔融法和燒結(jié)法不同的是，玻璃陶瓷中的氟閃石晶體不是從母相玻璃中析出，而是在燒結(jié)過程中通過氟云母和玻璃間的反應(yīng)析出。新工藝不僅簡化了玻璃陶瓷的制備工藝，降低了生產(chǎn)成本，還能對廢玻璃回收利用，是一項(xiàng)極有潛力的氟閃石玻璃陶瓷的制備新工藝。 采用X射線衍射、掃描電鏡和能譜儀等方法對氟閃石反應(yīng)析晶機(jī)理、

2、反應(yīng)析晶影響因素、氟閃石玻璃陶瓷燒結(jié)機(jī)理、玻璃陶瓷組織和性能間的關(guān)系以及工藝參數(shù)對玻璃陶瓷性能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)研究。 在燒結(jié)過程中，氟閃石晶體的形成由反應(yīng)析出和長大兩步組成。氟云母類型對氟閃石反應(yīng)析晶有影響，玻璃類型對氟閃石反應(yīng)析晶影響不大。氟閃石反應(yīng)析晶量是氟云母加入量的一倍，反應(yīng)析晶式為：KMg3AlSi3O10F2+CaO+Na2O+5SiO2→KNa2CaAlMg3Si8O22F2提出了氟云母向氟閃石轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)模型。在

3、氟閃石晶體反應(yīng)析出階段，玻璃中的NaO、CaO通過擴(kuò)散進(jìn)入氟云母晶體，使氟云母晶體中硅氧四面體平面網(wǎng)斷裂形成硅氧四面體雙鏈，導(dǎo)致氟云母晶體轉(zhuǎn)變成氟閃石晶核；同時鉀、鎂、氟等元素從氟云母晶體向其周圍玻璃中擴(kuò)散促使玻璃的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)斷開，導(dǎo)致玻璃中的硅氧四面體以鏈狀形式在氟閃石晶核上析晶。在氟閃石晶體長大階段，氟閃石晶體反應(yīng)析出停止，氟閃石晶體含量不變，晶粒數(shù)量減少，晶粒平均直徑與等溫時間立方根成正比。氟閃石晶體通過小晶粒溶解重新在大晶粒上

4、析出的方式長大，長大規(guī)律服從Ostwald熟化機(jī)制。 氟云母加入量對反應(yīng)析晶有很大影響，加入量小于20wt％，形成透輝石，加入30wt％～40wt％，形成氟閃石，加入60wt％，氟云母和氟閃石共存，加入80wt％，大量的氟云母保留下來，僅有少量氟閃石形成。反應(yīng)析晶產(chǎn)物受晶體中Si/O摩爾比控制，氟云母加入量影響了玻璃陶瓷中的玻璃含量，進(jìn)而改變了進(jìn)入氟云母晶體中的氧含量，導(dǎo)致晶體中Si/O摩爾比發(fā)生變化。 氟閃石玻璃陶瓷燒

5、結(jié)致密化主要是通過玻璃相的粘性流動來實(shí)現(xiàn)，加入氟云母晶體會阻礙玻璃相粘性流動，玻璃陶瓷相對密度隨氟云母加入量增多而下降。提高燒結(jié)溫度有助于改善玻璃陶瓷密度，但不能完全致密化。存在一適宜的燒結(jié)溫度范圍，在此溫度范圍內(nèi)燒結(jié)可得到較高的密度。不同氟云母加入量的玻璃陶瓷的燒結(jié)溫度范圍不同，隨氟云母加入量增加而提高。氟云母加入量小于50wt％，燒結(jié)機(jī)制為粘性流動燒結(jié)，在此范圍內(nèi)，氟云母加入量與玻璃陶瓷相對密度存在定量關(guān)系。 氟云母加入量對

6、氟閃石玻璃陶瓷的鉆孔速率影響很大，其它工藝參數(shù)的影響較小，工藝參數(shù)對玻璃陶瓷力學(xué)性能的影響不同。通過方差分析，確定的氟閃石玻璃陶瓷最佳制備工藝為：30wt％～35wt％氟云母，玻璃粉粒度130目～150目，素坯成型壓力150MPa～200MPa，860℃～900℃燒結(jié)2h，按此工藝制備的氟閃石玻璃陶瓷具有良好的機(jī)械加工性和較高的力學(xué)性能，用普通的機(jī)械加工設(shè)備可以進(jìn)行車削、鉆孔、攻絲和銑削加工，能夠車削出壁厚0.8mm的零件和完整的螺紋。