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整体晶化法制备微晶玻璃陶瓷复合板材的研究

作　者: 成惠峰
导　师: 蒋洋
学　校: 中国建筑材料科学研究总院
专　业: 材料学
关键词: 微晶玻璃微晶玻璃陶瓷复合板材晶核剂
分类号: TQ174.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近几年,微晶玻璃陶瓷复合板材作为新型建筑装饰材料在国内外得到了广泛的应用。作为一种新型建筑装饰材料,对于利用烧结法制备微晶玻璃陶瓷复合板材的研究较多,而对于整体法的研究较少,因此本文对微晶玻璃的整体制备方法做一个比较全面的讨论,并以此为基础研究了微晶玻璃陶瓷复合板材的整体制备方法。本课题以CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃为研究对象,利用整体法制备此系统微晶玻璃。在相同的基础玻璃成分配比下,分别加入一定量的ZrO₂、TiO₂、P₂O₅、CaF₂作为晶核剂,通过DTA、XRD、SEM等现代测试方法分析不同晶核剂对CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃整体晶化和物理化学性能的影响,确定了整体法制备CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的最佳晶核剂和热处理制度。微晶玻璃陶瓷复合板材的制备方法是:将压延成薄片的玻璃放置于普通瓷质砖上,按照事先确定的热处理制度升温,可获得基体为普通陶瓷,表层为微晶玻璃的复合板材。选择几种常见的陶瓷砖,进行与微晶玻璃复合的预实验,通过大量实验和测试分析,选定结合性良好,性能优异的瓷质玻化砖为基体;同时调整微晶玻璃配方和热处理制度,使微晶玻璃与瓷质砖的热膨胀系数相匹配,制备出结合性好、物理化学性能优异的复合板材;利用陶瓷砖实验方法的国家标准及微晶玻璃陶瓷复合砖的行业标准来分析微晶玻璃陶瓷复合板材各方面物理化学性能。实验结果表明,晶核剂CaF₂可以有效促进CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃的整体晶化。随着CaF₂含量的增加,玻璃的晶化温度降低,析晶能力增强,析出晶体也由颗粒状转变为细针状,再长大为短柱状。厚度为5mm以下玻璃的最佳的热处理保温制度是:在800～860℃保温时间为1h,在950～1050℃保温时间为1h。整体法制备的CaO-Al₂O₃-SiO₂系统微晶玻璃主晶相为β-硅灰石,其整体析晶原理是晶体从样品的表面或界面处成核,晶体沿垂直于晶体表面方向生长。用整体法制备的微晶玻璃陶瓷复合板材各方面性能完全符合课题预计的技术指标,微晶玻璃与陶瓷基体结合紧密,具有复合板材力学性能优良,耐化学腐蚀性良好,表面光泽度高等优点,是一种良好的建筑装饰材料。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-26
  1.1 微晶玻璃概述  10-13
    1.1.1 微晶玻璃发展  10-11
    1.1.2 微晶玻璃的分类和特点  11-13
  1.2 微晶玻璃的制备方法  13-15
    1.2.1 烧结法  13-14
    1.2.2 整体析晶法  14
    1.2.3 溶胶-凝胶法  14-15
  1.3 微晶玻璃的析晶过程  15-17
    1.3.1 晶核的形成  16
    1.3.2 晶体的生长  16-17
  1.4 微晶玻璃的显微结构  17-18
  1.5 微晶玻璃的应用  18-19
  1.6 CAO-Al_2O_3-SiO_2 系统微晶玻璃陶瓷复合板材  19-24
    1.6.1 CaO-Al_2O_3-SiO_2 系统微晶玻璃发展和建筑装饰应用  19-23
    1.6.2 微晶玻璃陶瓷复合板材  23-24
  1.7 本课题的研究目的和意义  24-26
第2章实验过程及研究方法  26-35
  2.1 实验流程图  26-27
  2.2 实验设备及原料  27-28
    2.2.1 实验设备  27
    2.2.2 实验原料  27-28
  2.3 微晶玻璃陶瓷复合样品的制备  28-30
    2.3.1 微晶玻璃化学组成的设计  28-29
    2.3.2 基础玻璃的制备  29
    2.3.3 微晶玻璃陶瓷复合板材的制备  29-30
  2.4 微晶玻璃微观组成及性能测试  30-35
    2.4.1 差热分析  30-31
    2.4.2 X 射线衍射分析  31
    2.4.3 扫描电子显微镜分析  31-32
    2.4.4 抗压强度  32
    2.4.5 抗折强度  32-33
    2.4.6 吸水率、密度  33
    2.4.7 耐酸碱性  33
    2.4.8 显微硬度  33-34
    2.4.9 光泽度  34
    2.4.10 抗冻性  34-35
第3章 CAO-Al_2O_3-SiO_2系统微晶玻璃整体晶化研究  35-49
  3.1 晶核剂的选择  35-36
  3.2 晶核剂对晶化行为的影响  36-41
    3.2.1 晶化结果的宏观分析  36-38
    3.2.2 XRD 分析  38-40
    3.2.3 显微结构分析  40-41
  3.3 析晶过程的优化  41-44
    3.3.1 DTA 分析  41-42
    3.3.2 热处理温度制度的优化  42-44
  3.4 性能测试  44-47
    3.4.1 密度测定  44-45
    3.4.2 耐酸碱性测定  45-46
    3.4.3 抗折强度测定  46-47
  3.5 本章小结  47-49
第4章微晶玻璃陶瓷复合板材的制备  49-59
  4.1 陶瓷基体的选择  50-51
  4.2 热处理制度的研究  51-54
    4.2.1 保温时间的确定  51-53
    4.2.2 升温制度确定  53-54
  4.3 复合板材的物理化学性能  54-57
    4.3.1 抗压强度  55
    4.3.2 抗折强度  55-56
    4.3.3 光泽度  56
    4.3.4 吸水率  56-57
    4.3.5 其他性能测试  57
  4.4 本章小结  57-59
第5章离子注入对微晶玻璃析晶影响初探  59-62
  5.1 离子注入与玻璃表面的作用  59-60
  5.2 离子注入对微晶玻璃析晶的影响  60-62
    5.2.1 实验过程  60
    5.2.2 结果分析和讨论  60-62
结论  62-63
参考文献  63-67
已公开发表的论文  67-68
致谢  68

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