青石粉是青石生产过程中产生的固体废弃物,其主要成分为SiO2和A12O3,其质量占比在80%以上,同时含有少量Fe203、MgO、K2O和Na2O。青石粉的利用价值较低,目前所采取的露天堆放处理方式不仅占用大量土地资源,且对环境造成较大影响。本文以青石粉为原料,采用熔融法制备了性能良好的堇青石基微晶玻璃并进行了系统的实验研究,为青石粉固体废弃物的安全、高效资源化利用提供新方法。本文通过FactSage7.1热力学计算、差热分析(DTA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)、傅里叶变换红外光谱分析(FTIR)等手段,首先系统探究了青石粉内主要杂质成分Fe2O3、K2O、Na2O对堇青石微晶玻璃体系的影响;其次,探讨了不同青石粉添加比例下微晶玻璃的热力学与动力学、物相组成、晶体微观结构、介电性能等演变行为及机理;进一步,阐明了不同热处理制度对微晶玻璃析晶行为及产品性能的影响,获取合理的热处理制度。主要研究内容及结论如下:(1)青石粉内主要杂质Fe2O3、K2O、Na2O对堇青石微晶玻璃的影响:Fe2O3的引入有利于基础玻璃的晶化,降低了基础玻璃的核化温度Tg及晶化温度Tp,降低了基础玻璃的稳定性△T、△T’,相应的析晶活化能Ec由464.79kJ/mol降低至396kJ/mol,进而提高体系的晶化能力,此时基础玻璃的晶体生长方式为体积析晶,且微晶玻璃的晶体微观结构由环状生长转变为网络状垒墙式生长;K2O的引入会降低基础玻璃的晶化能力,抑制体系析晶,提升基础玻璃的核化温度Tg及晶化温度Tp,相应的析晶活化能Ec由464.79 kJ/mol升高至487.90 kJ/mol,此时基础玻璃的晶体生长方式为表面析晶,晶体微观结构转变为颗粒状的无序团聚长大,且在体系内发生偏析聚集,抑制了晶体长大;Na2O在体系中的作用与K2O类似,但对体系晶化的抑制作用更强,基础玻璃的析晶活化能Ec由464.79 kJ/mol升高至567.32 kJ/mol,晶体生长方式同样为表面析晶。此外,Fe2O3、K2O、Na2O的引入都会抑制基础玻璃内μ-堇青石相的析出,促进α-堇青石相的析出,有利于单一 α-堇青石相样品的制备。(2)以堇青石化学计量比(SiO2:MgO:A12O3=5:2:2)为基础,使用青石粉代替部分纯化学试剂制备堇青石微晶玻璃,研究不同青石粉使用比例对微晶玻璃的影响。当青石粉使用比例从40%提高至70%,体系内杂质含量不断增加,熔点不断降低,基础玻璃结构的完整性逐渐变差,体系的晶化能力不断增强。基础玻璃的核化温度Tg及晶化温度Tp不断降低,析晶活化能从463.52 kJ/mol逐渐降低至432.77 kJ/mol,晶体生长指数n均大于3,析晶方式为体积析晶。制得的微晶玻璃样品的晶化度从49%提高至64%,微观结构显示晶体为颗粒状团聚长大。产品性能方面,随青石粉使用比例增加,微晶玻璃样品的密度从2.75 g/cm3增加至2.89 g/cm3,维氏硬度从723.41HV增加至813.23HV,而介电常数却从15.47逐渐劣化至16.65。(3)以青石粉比例为70%的样品为例,探究了适宜的等温热处理制度,具体为:以10℃/min的升温速率升温至720℃,后以5℃/min的升温速率升温至晶化温度970℃,并在晶化温度下保温1.5h后随炉冷却至室温。进一步分析了不同热处理方式下微晶玻璃样品种晶体生长及产品性能的差异。等温热处理制得的样品在10MHz下的的介电常数为18.79,要劣于阶梯热处理制得的样品(16.65)。综合来看,两种热处理制度均能制备出析晶状况良好的微晶玻璃样品,但是阶梯热处理制度下的微晶玻璃性能更优。