微晶玻璃文献综述.docx

目录"、几 > A前 言 -1 -1综述 -3 -1.1微晶玻璃概述 -3 -1.1.1微晶玻璃的定义及分荼 -3 -1.1.2微晶玻璃的制备工艺 -4 -1.1.2.1 熔融法 -4 -1.1.2.2 烧结法 -5 -1.1.2.3溶胶一凝胶法 -5 -1.1.2.4 浮法 -6 -1.2矿渣微晶玻璃 -6 -1.2.1矿渣微晶玻璃的国内外研究现羽 -6 -1.2.2矿渣微晶玻璃的分类及应耳 -7 -1.2.2.1矿渣微晶玻璃的分类 -7 -1.2.2.2矿渣微晶玻璃的应用 -8 -1.3粉煤灰的特点、危害及利用现 -10 -1.3.1粉煤灰资源状况的特点 -10 -1.3.2 粉煤灰的危害 -10 -1.3.3 粉煤灰的综合利用现* - 11 -参考文献 —12 —"亡 > A前言对矿产资源进行综合开发利用是社会经济物质发展的基础，同时也是我们人类 社会发展的基本前提和根本保证目前世界上90%的工业产品和17%以上的生活消 费品直接依赖于矿物原料，且随着人类社会经济的不断发展，我们对于矿产资源及 其后续产品的需求与日俱增大量矿产资源的开发利用给我们带来丰富生产原料的 同时，也带来了大量的尾矿和生产过程中的工业废渣。

其中最多的就是钢厂在炼制过程中排放的废弃钢渣钢渣是炼钢时产生的一种工 业废渣，其数量一般为粗钢产量的12%~20%我国的钢产量已超过4.5亿吨，钢渣 产生量达0.7亿吨以上可是，我国钢渣利用率很低，还不到20%，大量钢渣的弃 置堆积，不仅浪费资源，而且占用了大量的土地，也造成了严重的环境污染因 此，将钢渣作为二次资源进行开发利用是钢铁企业发展循环经济，实现可持续发展 的重要课题国外很早就开展了利用废钢渣制造高附加值陶瓷产品的研究美国有人利用钢 铁炉渣制造出富CaO的微晶玻璃，具有比普通玻璃高2倍的耐磨性及较好的耐化学 腐蚀性西欧有人用废钢铁炉渣制造出透明玻璃和彩色玻璃陶瓷，可用作墙面装饰 块及地面瓷砖从已有研究成果看，利用钢铁炉渣来制造结构性能稳定的陶瓷建筑 制件是完全可行的目前，钢渣综合利用的一个重要研究方向就是利用钢渣生产出 高质量的微晶玻璃微晶玻璃由于其具有机械强度高、耐磨损耐腐蚀、电绝缘性优 良、介电常数稳定、膨胀系数可调、热稳定和耐高温等特点，不仅可以广泛应用于 光学、电子、宇航、生物等高新技术领域作为结构材料和功能材料，还可以大量应 用于工业和民用建筑作为装饰材料或防护材料。

利用钢渣制备性能优良的微晶玻璃 对于提高钢渣的利用率和附加值，减轻环境污染无疑具有重要的意义利用钢铁工业废渣为主要原料制备的“微晶玻璃”，其组成属于aO-AlO-23SiO系统，密度达到3.02g/cmj,吸水率小于0.04%，抗弯强度可达250MPa晶核剂2为CaF，FeO, CrO及ZrO其玻璃核化机理是CaF通过F-1取代O-2，导致硅氧网2 2 3 23 2 2络断裂，诱导析晶；FeO通过形成尖晶石诱导析晶；r O和ZrO通过分相诱导析23 23 2晶由于生成微晶玻璃的化学组成有很宽的选择范围，而钢渣的基本化学组成就是 硅酸盐成分，其成分一般都在微晶玻璃形成范围内，能够满足制备微晶玻璃化学组 分的要求我国现在已能用钢渣制得钢渣玻璃，其自由表面光洁，颜色为庄重的墨黑色， 显微硬度已达到700，具有较好的耐磨性、耐酸碱腐蚀性、耐急热急冷的能力，非 常适合用于高档的建筑装饰块特别是经过工艺控制实现微晶化后，产品的硬度、 耐磨性、抗蚀性（特别是耐碱腐蚀性）、抗压强度、抗变强度、抗冲击强度等性能 大大提高1 综述1.1微晶玻璃概述1.1.1 微晶玻璃的定义及分类微晶玻璃是由基础玻璃经控制晶化行为而制成的微晶体和玻璃相均匀分布的新 型无机非金属材料。

在成分上与普通玻璃的区别在于它含有微量晶核剂，可以防止 失透、控制晶化过程;在制造工艺上与普通玻璃的区别在于继熔制与成型以后，必 须经过晶化处理，并且能控制过冷玻璃液体的成核速率和晶体生长速度，使其在该 阶段迅速晶化，制取最大可能数目的微小晶体，以赋予微晶玻璃所需的种种特性[1] ，比如较高的机械强度、显著的耐磨与耐腐蚀性能、抗风化能力、可调的热膨胀 系数和良好的抗热震性能等，可广泛用于建筑、生物医学、机械工程、电磁应用等 领域因其特点，国内外又称之为微晶大理石、玻璃陶瓷lass — eeramie)等微晶玻璃的分类(1) 按所用材料,分为技术微晶玻璃和矿渣微晶玻璃前者是用一般的玻璃原 料,后者是以尾矿废渣为原料2) 按晶化原理,分为光敏微晶玻璃、热敏微晶玻璃按微晶玻璃的外,观分为 透明微晶玻璃和不透明微晶玻璃3) 按性能,分为耐高温、耐热冲击、高强度、高硬耐磨、易机械加工、易化 学蚀刻、耐腐蚀、低膨胀、低介电损失、强介电性等各种微晶玻璃⑷按所含氧化物特点分为含目、MgO、叫Ba°或含Pb无碱，无硅氧晶相 等微晶玻璃5) 按基础微晶玻璃组成可分为硅酸盐、铝硅酸盐、硼硅酸盐及磷酸盐五大 类。

6) 按结构可分为：架状硅酸盐微晶玻璃，片状硅酸盐微晶玻璃，链状硅酸 盐微晶玻璃1.1.2 微晶玻璃的制备工艺1.1.2.1 熔融法熔融法是制备微晶玻璃重要的方法图1.1是采用熔融法制备微晶玻璃的典型 工艺过程首先将加入一定量晶核剂的玻璃原料充分混合均匀，然后将配合料于 1400°C— 1600°C高温下熔制，待玻璃液澄清均化后进行成形、退火，最后将退火后 的制品在一定温度下进行核化和晶化热处理，获得晶粒细小且结构均匀的微晶玻 璃熔融法的工艺条件应满足:玻璃在熔制、成形的过程中不能析晶:成形后的玻璃 具有良好的加工性能;在结晶化处理时能快速析晶从熔融法的工艺过程及制品的 性能可以总结出熔融法的几个优点①可采用任何一种玻璃的成形方法，如压延、 压制、浇铸、吹制、拉制等，与通常的陶瓷成形工艺相比，尤其适合自动化操作和 制备形状复杂、尺寸精确的制品②制品气孔少，致密度高③玻璃组成范围宽但 对于熔融法制备微晶玻璃来说，其最大的缺点就是熔制的温度一般较高，最高的达 1600C以上，这将增加熔制工艺的难度和能源的消耗TaI4时间 團L 1轴题法制备矿渔微昌垠璃的工艺曲戦1亠池汁2 -熔胆3 -怏冷1 - 1E火5 -檢化& -咼化?-禅却IT -室温Tft -讴火济痰l'；i -核优温度 R -話牝温厘Tin -熔化嘉度在制备出均匀稳定的玻璃之后，进行晶化热处理。

晶化热处理是微晶玻璃生产的关键工序微晶玻璃的结构取决于热处理的温度制度根据各类微晶玻璃的特点，热处理制度可分为两类:阶梯温度制度和等温温度制度熔融法制备微晶玻璃是直接采用基础玻璃晶化，所以制得的微晶玻璃在尺寸上变化不大、组成均匀、不存在气孔且性能优良、可靠肖汉宁等人[2采] 用熔融法以高炉渣和钢渣为主要原料，加入复合晶核剂制得性能优良的耐 磨微晶玻璃材料迟玉山等人在MAS系统玻璃中用熔融法制备出适合做硬盘基板材 料的微晶玻璃1.1.2.2 烧结法用烧结法生产微晶玻璃是二十世纪六十年代由•宣波恩首先提出，并于上世纪 70年代在日本工业化烧结法的工艺流程如下:原料称量一混合一熔制一水淬一粉碎一过筛一成型一烧结一深加工一成品 烧结法制备微晶玻璃的优点为: 基础玻璃的熔制温度比熔融法低，熔融时间短，能耗较;低 玻璃经水淬后，颗粒细小，表面积增加，比熔融法制得的玻璃更易于晶;化 ③ 晶相和玻璃相的比例可任意调节，并且晶粒尺寸可以很好的控制，从而可 以很好的控制玻璃的结构和性能其主要缺点是制品中有不同数量的气孔存在，其致密度比熔融法稍差烧结法 制备微晶玻璃时要求基础玻璃在较低的粘度下具有一定的析晶能力，但其表面析晶 速度不能过大。

另外，为了提高烧结体的致密度，微晶玻璃的析晶速度应不能太 低，要最大限度地消除气孔这就要求必须使玻璃烧结时的致密化和晶化过程发生 在不同的温度区域，换言之，使烧结在玻璃的析晶温度以下进行，以减少析晶对致 密化过程的影响，控制适当的表面析晶速度是获得低气孔微晶玻璃的前提同时， 由烧结理论可知，粉末颗粒越细小，比表面积越大，本征表面能驱动力也就越大， 玻璃的烧结温度和析晶温度都随着玻璃颗粒粒度的减小而降低但粉末颗粒太细可 能会便玻璃的析晶温度低于烧结温度，这对烧结体的致密化是有害的粉末颗粒太 粗则会导致材料显微组织结构的不均匀性，影响材料的性能因此，在用烧结法制 备微晶玻璃时，应严格控制颗粒的粒度分布采用烧结法制备微晶玻璃的体系主要 有:CAS和MAS等目前对于CAS体系矿渣微晶玻璃的研究与开发十分活跃，其要应 用于建筑装饰等方面1.1.2.3溶胶一凝胶法从上世纪末期至今，溶胶一凝胶Sol-Gel）法制备玻璃与陶瓷等先进材料领 域中出现了异常活跃的研究局面随着微晶玻璃制备技术的发展，国内已有部分学 者成功采用溶胶一凝胶法制备出微晶玻璃材料溶胶一凝胶法的主要优点是：(1) 制备温度远远低于传统的玻璃熔制温度，实现玻璃的低温制备。

低温过程可以避免在高温熔制时容器被侵蚀而引入的杂质和组分挥发等，尤其是对一些需要 进行多次反复熔化，在高温下粘度很大，而且易挥发的系统来说该方法更具有优;势(2) 在分子水平上直接获得均匀材料，其组成完全可以按照起始配方和化学计 量比准确地获得;(3) 可扩展组成范围，制备传统方法无法制备的材料，如不能形成玻璃的系统 和具有高液相组成的微晶玻璃溶胶一凝胶法的缺点是：(1) 低温可以节能，但起始物成本的提高，必然抵消了低温制备的节能效益，特别是长时间的热处理过程要比短时间的熔化与澄清来讲更加耗费能量2) 生产周期长、成本高且凝胶在烧结过程中有较大的收缩，制品容易变形 1.1.2.4 浮法浮法用来生产微晶玻璃平板制品，该工艺与普通浮法玻璃生产工艺相类似，其成形 在锡槽中进行，可以有效保证微晶玻璃的表面质量，其制品表面光滑、平整但是由于 核化和晶化问题的影响，使得对于核化和晶化是否在锡槽内还是锡槽外进行仍有很大争 议，面临工业化生产须作近一步研究1.2矿渣微晶玻璃1.2.1 矿渣微晶玻璃的国内外研究现状矿渣微晶玻璃于1959年由前苏联在实验室条件下首先研制成功,并在20世纪60年 代生产出可供工业和建筑需要的微晶玻璃制品。

此时采用的矿渣主要为高炉,渣成形方 法以压延法和压制法为主,并对以硫化物和氟化物为晶核剂的作用和原理进行了深入的 研究［3〜4］20世纪70年代，美国、日本、英国等国家也对矿渣进行了开发研究并实现了 炉渣微晶玻璃的工业化生产此后各国材料科学家对不同类型的炉渣对玻璃制备、晶核 剂选择及玻璃结晶能力的影响进行了探索20世纪80年代我国对微晶玻璃的研究也蓬 勃发展起来,并在随后的20 多年里对矿渣微晶玻璃的原料选择、晶核剂应用、热处理制 度、成形方法、玻璃分相、玻璃成份、结构、性能的关系作了大量的研究各种各样的 炉渣、粉煤灰、金属尾矿等都被用来研制微晶玻璃目,前矿渣微晶玻璃的应用已拓展 到了包括建筑、化工、采矿、冶金、电工在内的许多领,域工业化生产也得到了一定的 发展1994年，李有光［5］等制成以铬渣为主要原料的微晶玻璃装饰板同期陈国［华6］等以 粉煤灰为主要原料，通过加入长石、白云石、石灰石、萤石和高炉渣等调节成分，制成 主晶相为黄长石的粉煤灰微晶玻璃1999年，武汉工业大学材料学院研制的烧结粉煤 灰微晶玻璃装饰板试验成功［7］另外，许多科研人员对粉煤灰、煤矸石、金属尾矿、黄 河砂以及工业废弃物等制备微晶玻璃进行了大量的研究，取得了一些实验成果，有些技 术已经投入生产使用［8-9］。

党光耀［10］等人利用粉煤灰为主要原。