玻璃粉体致密化行为的研究

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烧结微晶玻璃和釉都会涉及到颗粒粉末致密化的过程。对于前者而言,由于烧结的形状是在烧结之前或烧结过程中形成的,故该工艺不仅可以生产高致密化的玻璃产品,还可以制备形状复杂的产品。因此,烧结法制备多孔玻璃产品成为实验室和工业中普遍采用的方法。本论文中我们以三个不同体系的颗粒粉末作为研究对象,分别采用熔融法和烧结法制备烧结样品,通过改变烧结制度和组成探究颗粒粉体的致密化行为以及对其物理性能的影响。主要研究结果如下:(1)在等温条件下研究了硼铝硅酸盐玻璃粉末压块的致密化行为。我们还系统地评估了烧结温度和烧结时间以及烧结气氛对玻璃粉末致密化程度的影响。研究结果表明,随着烧结温度的升高,烧结样品的致密化可以得到显著的提高,但在结晶倾向低的温度范围内可以获得相对高的透明度。此外,真空气氛对烧结速率和极限密度也是必不可少的影响因素。因此,在真空气氛下烧结的样品具有更高的透明度。除此之外,我们发现烧结样品的致密化程度的增加有助于硬度的提高。这些结果与玻璃粉末烧结法制备透明玻璃的设计有着密切的关系。(2)采用天然矿物为原料,利用DSC-TG曲线研究天然矿物釉料的烧成机理。同时,探究不同升温速率对釉的致密化的影响。DSC-TG曲线表明:釉料焙烧过程中的重量损失主要由有机水分的脱出、有机碳和原料内的杂质被氧化生成CO2、长石和碳酸盐的热分解放出CO2气体引起的。相比K1、K2,K3是由于硼砂的引入促使了液体在低温阶段的形成,从而加速了难熔矿物的熔化。对比样品K1、K2、K3的釉面质量发现,随着加热速率的增加,试样表面缺陷和内部气孔增多,从而导致了釉的致密化程度和硬度下降。(3)选取K3为基础矿物釉料,不同Ca O/Mg O玻璃熔块为添加剂,探究玻璃熔块成分对天然矿物釉的物理性能的影响以及玻璃熔块与天然矿物釉料之间的相互作用。研究结果发现,掺杂玻璃熔块烧成得到的釉的气孔减少、致密化程度和硬度增高。这是由于Mg O的引入影响了熔体的粘度。天然矿物釉料与Ca Mg24块状玻璃相结合烧结发现,矿物釉料中的Na+和K+遵循Fick第二定律扩散到块体玻璃中,使Al2O3/R2O<1(R=Li,Na,K)改变了Al3+的配位,即Al3+的配位由原来六配位转变为四配位,从而影响了尖晶石晶体的析出。随着烧结温度的升高,块体玻璃部分熔融,使玻璃网络结构疏松,更易于离子的扩散。所以,Na+和K+的扩散速度随着温度的升高逐渐增大。
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