可加工氟閃石玻璃陶瓷反應析晶法制備、析晶機理及性能研究.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析晶機理、

2、反應析晶影響因素、氟閃石玻璃陶瓷燒結(jié)機理、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析出和長大兩步組成。氟云母類型對氟閃石反應析晶有影響，玻璃類型對氟閃石反應析晶影響不大。氟閃石反應析晶量是氟云母加入量的一倍，反應析晶式為：KMg3AlSi3O10F2+CaO+Na2O+5SiO2→KNa2CaAlMg3Si8O22F2提出了氟云母向氟閃石轉(zhuǎn)變的晶體學模型。在

3、氟閃石晶體反應析出階段，玻璃中的NaO、CaO通過擴散進入氟云母晶體，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散促使玻璃的無規(guī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)斷開，導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熟化機制。 氟云母加入量對反應析晶有很大影響，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，進而改變了進入氟云母晶體中的氧含量，導致晶體中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械加工性和較高的力學性能，用普通的機械加工設(shè)備可以進行車削、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。