玻璃配比对尾矿—粉煤灰微晶玻璃的影响 毕业论文 - 图文(5)

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式中：

w0w2?=??w （2.4.6）

v0w2?w1W0——干燥样品在室温空气中的质量（g）； V0——干燥样品在室温空气中的质量体积（cm3）； W1——样品在水中的质量（g）； W2——样品在空气中的质量（g）； ρw——水的密度（g/cm3）

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第三章 实验结果与分析

3.1热工艺制度

微晶玻璃的显微结构，主要取决于热处理的温度制度。不同的热处理工艺可以等到不同的晶粒形貌，比如柱状晶，球状晶，树枝晶等。而不同晶粒的外观形貌、组织结构和晶相间、晶相与玻璃相间结合方式也不大相同，它对微晶玻璃的各种性能也起着重要的影响。

微晶玻璃热处理工艺主要包括四个因素，即核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间。在制备不同体系的微晶玻璃时，这四个因素的影响权重也不相同。比如匡敬忠[81]研究的热处理制度对CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃性能的影响。利用正交实验的方法，确定了抗折性能、体密度、耐碱性、耐酸性的四因素影响主次顺序。同时得出同一样品的核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间对样品各项性能的影响的主次顺序也大多不同。因此，要想得到某方面性能优良的微晶玻璃，制度合理的热处理制度很关键[11]。

因为本课题研究的是不同基础成分比变化对微晶玻璃结构性能的影响，便于横向和纵向比较，根据过去经验将退火玻璃试样置于马弗炉内进行热处理，确定核化温度为720℃与晶化温度850℃，将基础玻璃样品放进电阻炉内，在升温速率为3-5℃ / min条件下，升温至850℃，并在720℃和850℃分别保温2小时，最终得到微晶玻璃试样。

3.2钙镁比对微晶玻璃结构性能的影响

表3.2.1钙镁比基础玻璃配方表

NO. CM1

CM2 CM3 CM4 CM5

SiO2 42.6 42.6 42.6 42.6 42.6

CaO 27.2 22.0 19.0 17.0 12.0

Al2O3 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5

MgO 3.0 5.0 7.0 9.0 10.0

CaO/ MgO

9.1 4.4 2.7 1.9 1.2

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augitemagnesioferriteCM5Intensity(a.u.)CM4CM3CM2CM120304050607080?? (Degree)

图3.2.2 不同CaO/ MgO质量比CMAS系微晶玻璃的 XRD 图谱

CM5exoCM4CM3CM2CM1775C778C780C790C795CoooooHeat Flow400600800o1000 Temperature(C)

图3.2.3、不同CaO/ MgO 质量比 CMAS 系微晶玻璃的DTA图谱

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图3.2.4、不同CaO/ MgO质量比CMAS系微晶玻璃的SEM图

Ratio of CaO/ MgO

9.1 4.4 2.7 1.9 1.2

bending strengths

（MPa）

186.4 173.6 156.3 141.8 136.4

density（g/cm3）

3.3 3.1 3.0 3.0 2.9

acid-resistance

（%）

99 99 93 88 89

alkali-resistance

（%）

99 99 99 99 99

表3.2.5 不同CaO/ MgO质量比CMAS系微晶玻璃的性能表

3.2.1配方分析

主要分析变量，即钙和镁对微晶玻璃性能的影响。 （1）Ca

CaO是矿渣微晶玻璃中不可缺少的组分，它能够调节玻璃的粘度，对玻璃的成型起着决定作用。CaO在高温时降低玻璃的粘度，但在低温时增大玻璃的粘度，缩短玻璃的料性。此外，CaO还能促进玻璃分相和析晶。因此，采用浇铸法时，宜采用CaO含量高的成分，防止玻璃坯体软化变形。有研究表明，CaO含量过低时，不论其他组成如何变化，制品几乎不会析晶；CaO含量过高时，制品严重失透，成型发生困难，这主要是

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Ca2+离子对玻璃结构的积聚作用有关[12]。

（2）Mg

MgO在硅酸盐玻璃中是网络外体氧化物。MgO能降低结晶倾向和结晶速度，增加玻璃的高温黏度，提高玻璃的化学稳定性和机械强度。 3.2.2微晶玻璃 XRD分析

图3.2.2表示不同CaO/ MgO 质量比 CMAS 系微晶玻璃的 XRD 图谱。可以看出制备得到的微晶玻璃主要由辉石相和镁铁尖晶石相构成。由于尾矿中含有一定量的铁，所得到的辉石主要为钙铁辉石。图中CM1和CM2主要由辉石相构成；CM3 到CM5 主要由镁铁尖晶石构成，MA1相对具有更高的辉石相含量。随着CaO/ MgO 质量比的增加，CM3中出现镁铁尖晶石相。由于形成辉石相需要 Ca2+，所以只有Ca2+含量增大到一定程度时。辉石相才能成为主要晶相。 3.2.3微晶玻璃DTA分析

图3.2.3 为不同CaO/ MgO质量比基础玻璃的 DTA 曲线。由图可知，随着CaO/ MgO比值的减小，样品中CM1-CM5对应的放热峰向高温方向移动。由于加热过程中必然会形成的相对薄弱的区域。这些区域将导致体系熵值降低，对外表现为放热，因此放热峰随质量比的减小而逐步升高；换言之，晶化难度逐渐增加。一般来说，玻璃晶化难易程度主要受形核剂和高温粘度的影响。由于CaO/ MgO质量比改变时，玻璃样品中含有的稀土、氧化铁、萤石等形核剂的数量并未发生改变，因此所研究样品中晶化温度的变化应主要与高温粘度变化有关。CaO起断网作用，减小玻璃体粘度，促进玻璃的分相和析晶。MgO起补网作用，增加玻璃体粘度，抑制玻璃的分相和析晶。CaO/ MgO比逐渐减小时，体系中CaO含量减小、MgO含量增加，这必将提高玻璃的高温粘度，从而提高晶化温度。 3.2.4微晶玻璃SEM分析

图 3.2.4是不同CaO/ MgO比微晶玻璃的 SEM 图片。从图中可以看出，随着CaO/ MgO质量比的减小，从玻璃中析出的球状微晶的尺寸逐渐减小，这与样品高温粘度随CaO/ MgO质量比的降低有所提高有关。前述分析指出CaO/ MgO 质量比的增加有利于提高玻璃高温粘度。玻璃的高温粘度升高时体系中阴阳离子的迁移所受阻力增加，形成晶核的数量相对减少，其在后期的成长过程中就能有更大的成长空间，最终形成更大的晶体颗粒。

由于配方设计中，CM1-CM5的CaO/ MgO质量比逐渐减小，CM1-CM5的结晶难度增大，故CM1-CM5的结晶颗粒变小，结晶度下降。

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