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高爐渣微晶玻璃的晶核劑的選擇

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時間 : 2018-06-06 15:38 瀏覽量 : 19

從熱力學條件上來看,微晶玻璃是一種非晶態物質,體係在能量上處於亞穩態,玻璃態向晶態轉變的熱力學條件具備;而良好的晶核劑應該具備以下性能:在玻璃的熔融成型條件下,具備良好的溶解性,但在熱處理時溶解性較小,並且可以降低成核活化能,促使整體析晶;晶核劑擴散活化能要小,在玻璃中容易擴散;晶核劑組分與初晶相間界麵張力小。


目前用於高爐渣微晶玻璃的晶核劑主要有TiO2、CaF2 和P2O5, 但對微晶玻璃的成核作用不盡相同。


有些學者認為TiO2是一種良好的晶核劑,能夠有效促進高爐渣微晶玻璃分相,從而核化和晶化形成以輝石為主晶相的微晶玻璃。有些學者在研究CaOMgO-Al2O3-SiO2係微晶玻璃時提出隨著TiO2含量的升高,核化晶化溫度降低。現在一般認為,Ti4+離子屬於中間陽離子,在不同狀態下會以四配位形式[TiO4]或六配位形式[TiO6] 存在。高溫時以四配位鍵形式存在,隨著溫度的降低,四配位鍵向六配位鍵過渡。六配位形式[TiO6]與玻璃體不互熔,導致它從矽氧四麵體中分離出來,從而形成晶核。嶽欽豔等研究了TiO2含量與析晶活化能和鈦的存在形式之間的關係,表明TiO2在3.1%時析晶活化能最低,TiO2含量為3~4%時鈦以六配位形式存在。


F-與O2-半徑非常接近,所以F-可以置換矽氧四麵體中的O2-,從而使矽氧四麵體斷裂,起到顯著地破壞作用,降低了玻璃的粘度。CaF2在玻璃冷卻時,能夠從玻璃中分離出來從而成為形核的中心。


P2O5在玻璃中有兩種作用:一是與[AlO4]5-結合進入到矽氧網絡,起到補網的作用,抑製了析晶,另一方麵P5+場強大,分相能力強,起到誘導析晶的作用。當P2O5含量低時,前者起主要作用,當含量高時,後者起到主要作用。羅果萍等研究表明P2O5含量低於4%時主要起抑製作用,核化晶化溫度升高,當含量超過4%時,核化晶化溫度降低。田清波等在研究P2O5 對CaOMgO-Al2O3-SiO2 係微晶玻璃析晶的影響中表明P2O5含量達到10% 時,玻璃整體析晶,且晶粒細小均勻。


根據晶核劑作用優勢互補的特點,選擇複合晶核劑會得到更好的效果。複合晶核劑CaF2 與TiO2 能使CMAS 微晶玻璃的活化能E 降低到392.2 KJ/mol, 促使晶體快速結晶;CaF2 與P2O5 協同可使晶體生長指數n 增至2.87,從而實現整體析晶。


為了降低玻璃的粘度,降低熔點,常加入助溶劑Na2SO4、K2O 等物質。為了減少熔製玻璃過程中的氣泡,提高玻璃的致密度,也經常加入些澄清劑,例如硝酸鈉和氧化鈰等。為了增加微晶玻璃的絕熱保溫和吸聲隔聲性能,加入適量的發泡劑可製備泡沫微晶玻璃。

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