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毕业设计选择了R2O-CaO-MgO-Al2O3-Fe2O3-SiO2系统作为微晶玻璃的成分体系,从析晶能力、显微结构等方面入手研究铁对玻璃的析晶影响,在此基础上,以固体废弃物石材锯切粉体为主原料研制微晶玻璃,研究石粉微晶玻璃的析晶难易程度、显微结构、性能与相互之间的关系,探讨石材锯切粉在微晶玻璃中的应用可行性。
课题采用烧结法制备微晶玻璃,晶化制度采用一步法和二步法,借助DTA、XRD、SEM、影像烧结等先进的检测手段及研究方法,探讨了热处理制度对晶体数量、晶粒尺寸的影响,同时对试样的显微结构和理化性能进行对比分析研究,以了解石粉微晶玻璃的成分与性能之间的关系,为石粉的有效利用提供技术支持和理论依据。
课题设计了三个系列配方:系列1和系列2配方用于研究铁对玻璃的析晶影响,CaO/MgO比值分别为1和1.5,外加铁含量1mol %~3mol %,最大加入量为4mol %;系列3配方研究石粉在微晶玻璃中的应用情况,根据前两系列的研究结果,将CaO/MgO比值调整为1.3,扩大了Al2O3和SiO2的组成范围。
大量的试验和测试分析结果表明:
(1)少量铁(1% mol)的引入,可能引起析晶参数的升高,而铁含量由1mol -3mol%变化,又使析晶参数逐步降低;外加铁含量超过2mol%时析晶参数均低于未引入铁的基础配方,并使起始析晶至析晶峰的温度区间(Tp-Tg)变窄,显示玻璃体析晶能力的增加;外加铁量<2mol%时,不同含铁量配方的(Tp-Tg)区间重叠显著,可以采用同一温度晶化处理;配方含铁与否对主晶相没有明显影响。
(2)微粉制备微晶玻璃可以大幅度缩短晶化时间,氧化铁含量控制在3%的范围以内,可以减少开始收缩与最大收缩温度,提高晶化率、减少析出晶体颗粒度。同时在充分核化的条件下,晶化时间的延长可能引起晶体颗粒度增大,造成显微结构的松散化,但变化并不显著。
(3)石粉作为主要原料用于微晶玻璃的制备,其基础玻璃配方化学组成范围为:(SiO2)47-58%,(Al2O3)5-13%,(CaO)14-18%,(MgO)7-10%,(Fe2O3) 2-5%,(Na2O) 3-4%,(K2O) 4-6%;主晶相是透辉石,对石粉的利用率达到(wt%)20.4—58.35%。所得石粉微晶玻璃试样性能检测结果表明,多数配方性能超过天然花岗石,接近或超过目前市售的某建筑微晶玻璃复合板。
此外,本文还探讨和分析了影响微晶玻璃颜色的因素和气泡及裂纹产生的原因。认为热处理制度以及Al2O3及SiO2是影响气泡及裂纹产生的主要原因,而晶化率则是影响微晶玻璃颜色的主要原因,晶化率高,则颜色浅,晶化率低,则颜色深。