晶化温度对白云鄂博东尾矿微晶玻璃析晶及性能的影响

利用白云鄂博东尾矿和粉煤灰为主要原料,添加少量石英砂、氧化钙等化学原料,制得了高性能的CaO-MgO-Al2 O3-SiO2(CMAS)系尾矿微晶玻璃,研究了微晶玻璃制备过程中的核化及晶化处理条件对其微观结构及性能的影响。首先通过 DTA、XRD、SEM 及 HRTEM 等测试手段对微晶玻璃的析晶过程进行了表征。结果表明,适当的核化处理温度可使微晶玻璃中产生磁铁矿晶核,这些晶核可作为异质表面促进主晶相辉石相的析出。性能测试结果表明微晶玻璃的密度、抗折强度及耐酸度与微晶玻璃晶化温度有关,晶化温度为850℃的微晶玻璃试样结晶程度最高、综合性能最优。更高的晶化温度导致微晶玻璃中空隙及缺陷的产生,反而降低了其物化特性。     

Na_2O含量对白云鄂博尾矿微晶玻璃显微结构及力学性能的影响(英文)

以白云鄂博尾矿和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制备了一种性能优良的尾矿微晶玻璃,并以此为基础,采用差热分析(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究了Na2O含量变化对所制备微晶玻璃显微结构及力学性能的影响。结果表明,当Na2O含量低于8%时主晶相为辉石相。随着Na2O含量的增加,辉石相的生成受到抑制,同时霞石相开始出现。上述变化对微晶玻璃的耐碱性影响不明显,而对密度、抗折强度及耐酸性有较大影响。     

石墨粉对矿渣微晶玻璃结构和性能的影响

用熔铸法、以白云鄂博东尾矿及粉煤灰为主要原料制备了添加质量分数为0-13%石墨粉的CaO-Al2O3-MgO-SiO2(CAMS)系矿渣微晶玻璃,用DTA、XRD、FE-SEM、TEM和热膨胀仪等手段对其表征,研究了石墨粉添加量对CAMS基矿渣微晶玻璃结构和性能的影响。结果表明,5%石墨粉被氧化提高Fe2+含量促进了辉石相的晶化,样品在100-600℃的热膨胀系数可提高15%以上;随着Fe被更多的石墨粉还原出来,辉石相形核基础-磁铁矿相晶核减少抑制了辉石相的生成。辉石球形晶粒由尺寸更小的柱状晶和少量残留玻璃相组成。     

硅碱钙石微晶玻璃的析晶特性及其增韧机理研究

通过调整热处理工艺制备了不同结构的R₂O-CaO-SiO₂-F系硅碱钙石微晶玻璃, 分析了析晶特性和力学性能, 重点研究以硅碱钙石为主晶微晶玻璃的裂纹扩展机制及增韧机理。结果表明, 基础玻璃在低温处理时首先析出CaF₂微晶作为异质晶核, 一步法处理后得到岛屿状硬硅钙石/硅碱钙石复相微晶玻璃, 两步法处理后得到了力学性能优异、具有板条交错结构的硅碱钙石微晶玻璃。研究发现, 硅碱钙石微晶玻璃的裂纹扩展受到周围板条晶体取向及晶界影响, 存在穿晶断裂和沿晶断裂两种模式扩展, 呈现出随机取向的折线或台阶状裂纹路径。其中具有一定长径比的板条状硅碱钙石具有较好的桥联作用, 承载补强效果显著, 此外硅碱钙石晶体与玻璃相之间存在的残余应力, 有利于缓解裂纹应力集中以及增加裂纹扩展能。即, 硅碱钙石微晶玻璃优异的力学性能是各种增强和增韧机制综合作用的结果。     

稀土La_2O_3对尾矿微晶玻璃显微结构和裂纹扩展行为的影响

利用白云鄂博东尾矿和粉煤灰等固体废弃物为原料,采用传统熔融法制备Ca O-Al2O3-Mg O-Si O2(CAMS)系尾矿微晶玻璃,通过XRD、DTA和拉曼光谱仪等手段表征La2O3对微晶玻璃析晶特性的影响,并对密度、抗折强度和维氏硬度进行了讨论。通过分析维氏压痕裂纹揭示La2O3对尾矿微晶玻璃显微结构和裂纹扩展行为的影响。结果表明,随着La2O3的添加微晶玻璃的析晶放热峰逐渐右移,析晶程度呈弱化趋势,但是其主晶相没有改变。La2O3的添加引起微晶玻璃内相关元素聚集,改变了微晶玻璃的显微结构。元素聚集抑制了微晶玻璃的裂纹扩展,进而提高了维氏硬度和抗折强度。     

Nb2O5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响

为研究Nb_2O_5对透辉石基矿渣微晶玻璃显微结构和力学性能的影响机理,以富铁白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,采用熔融工艺制备了添加质量分数0%~4%Nb_2O_5的透辉石基矿渣微晶玻璃。DTA、XRD、SEM和力学测试结果表明,Nb_2O_5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于辉石相界,其含量随Nb_2O_5添加量升高而增大。同时辉石主晶相从类菊花状枝晶组织转变成平均尺寸逐渐减小的圆角岛状组织。微晶玻璃的抗折强度平均为207 MPa,当Nb_2O_5质量分数为2%时最高,达236 MPa。     

微晶玻璃焊料在连接过程中的晶化行为研究

采用一种添加Li₂O和Fe₂O₃的CaO-Al₂O₃-SiO₂基微晶玻璃连接氧化铝陶瓷。通过采用热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)等方法, 研究了微晶玻璃焊料在连接过程中的晶化行为及其对接头力学性能的影响。结果表明, 在传统的晶化处理过程中, 此玻璃中能够析出锂辉石(LiAlSi₂O₆)、硅灰石(CaSiO₃)、钙铁镏石(Ca₃Fe₂Si₃O₁₂)和钙长石(CaAl₂Si₂O₈)四种晶体。然而, 当采用此玻璃连接氧化铝陶瓷时, 微晶玻璃的晶化过程与连接工艺密切相关。由于缺少足够的形核驱动力, 采用焊后直接冷却的连接工艺只能获得完全玻璃态的接头中间层。通过在降温过程中引入形核-晶化的热处理工艺, 促进了玻璃中间层的晶化, 并且能够通过改变晶化温度来调整中间层的相组成。另外, 晶化相的种类对接头力学性能有重要影响。当中间层中只形成钙长石时, 接头强度达到247.5 MPa; 而当中间层中有锂辉石或钙铁镏石析出时, 接头强度仅为10~135 MPa。     

热处理时间对透辉石系尾矿微晶玻璃析晶及其性能的影响

使用金尾矿和铁尾矿为主要原料,采用熔融法和一步法析晶热处理制备了透辉石系尾矿微晶玻璃。将其分别在低温段720℃和高温段820℃保温,使用DSC、XRD、Raman光谱、SEM和综合力学性能仪等手段研究了保温时间对透辉石系尾矿微晶玻璃析晶过程及性能的影响。结果表明：该系微晶玻璃的主晶相为单斜结构的透辉石晶体(Mg_0.6Fe_0.2Al_0.2)Ca(Si_1.5A_l0.5)O₆(JCPDS 72-1379),晶体的生长过程包括玻璃的分相、成核和晶体生长过程。热处理温度为低温段720℃时透辉石晶体的成核温度为720℃,随着保温时间的延长透辉石晶体逐渐长大且由球状晶向枝状晶演变,透灰石晶体的析出量逐渐增加;热处理温度为高温段820℃时透辉石晶体的形貌均为尺寸较大的枝状晶,但是随着保温时间的延长透辉石晶体的形貌和尺寸变化不大。综合性能最优的热处理制度为在820℃保温45 min,制备出的微晶玻璃密度为2.97 g/cm³,抗折强度为211.0 MPa,硬度为789.0 MPa,耐酸性99.3%,耐碱性99.1%。     

Nd_2O_3优化白云鄂博西尾矿微晶玻璃性能机理

以白云鄂博西尾矿为主要原料,用熔铸法制备了添加(0-8.73)%(质量分数,下同)Nd2O3的Ca O-Al2O3-Mg O-Si O2(CAMS)系微晶玻璃。用DTA、XRD、FEGSEM+EDS+EBSD、综合力学性能仪等手段研究了外加Nd2O3优化所制备微晶玻璃显微结构及性能的机理。结果表明:随着Nd2O3含量的提高,主晶相Ca(Mg,Al,Fe)Si2O6(辉石)逐渐细化,是主晶相晶界析出的Ca2Nd8(Si O4)6O2相的阻碍作用和这种富Nd第二相在生长过程中对Ca离子的争夺所致。Nd2O3添加量为2.21%时样品的综合性能最佳,其密度、抗折强度和耐酸碱分别为3.20 g/cm3、200 MPa、95.22%和99.23%。     

熔制保温时间对CAMS系矿渣微晶玻璃结构与性能的影响

以白云鄂博二次选后尾矿、高炉渣和粉煤灰为主要原料,采用熔融法制得CaO-Al_2O_3-MgO-SiO_2(CAMS)系微晶玻璃,利用DSC、XRD、SEM、EDS、Raman、红外光谱及理化性能测试手段,研究了熔制过程中不同保温时间对微晶玻璃结构与性能的影响。结果表明:随着熔制保温时间的延长,矿渣玻璃熔液中氟的挥发及对氧化铝坩埚的侵蚀导致基础玻璃中氟含量降低而Al2O3含量升高,基础玻璃析晶温度呈先上升后下降的趋势,微晶玻璃主晶相为透辉石,晶粒出现先细化后粗化的趋势,第二相萤石相随着保温时间的延长逐渐消失,最终导致微晶玻璃结构及理化性能发生改变。当玻璃熔制保温时间为5h时,制备的微晶玻璃综合性能最优,其密度、抗折强度、显微硬度及耐酸碱性分别为3.09g/cm3、201 MPa、7 021 MPa、97.78%和98.83%。     

Crystallization and wetting of ZnO-AlO-BO-SiO glass-ceramic for sealing to Kovar alloy

A new type of ZnO-Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂ glass-ceramics seals to Kovar in electronic packaging was developed, whose coefficient of thermal expansion (CTE) and electrical resistance were 5.2 × 10^-6/°C and over 1 × 10¹³ ?·cm, respectively. The major crystalline phases in the glass-ceramics seals were ZnAl₂O₄, ZnB₂O₄ and NaSiAl₂O₄. The dielectric resistance of the glass-ceramic could be remarkably enhanced through the control of the alkali metal ions into the crystal lattices. It was found that the crystallization happened first on the surface of the sample, leaving the amorphous phase in the inner parts, which makes the glass suitable for sealing. The glass-ceramic showed better wetting on the Kovar surface, and sealing atmosphere and temperature showed great effect on the wetting angle. Strong interfacial bonding was obtained, which was mainly attributed to the interfacial reaction between SiO₂ and FeO or Fe₃O₄.     

Eu3+、Dy3+和Er3+对制备堇青石晶相转变的对比表征

以菱镁矿风化石、工业Al₂O₃和SiO₂微粉为原料, 固相反应烧结合成制备堇青石。通过在反应物中分别加入不同含量的Eu₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃, 研究分析和对比了Eu³⁺、Dy³⁺和Er³⁺对堇青石晶相组成、晶粒大小、晶胞常数、结晶度及显微结构的影响。采用XRD和SEM表征试样中的晶相和显微结构, 利用X'Pert Plus软件对结晶相的晶胞参数和结晶度进行分析, 采用半定量法对试样晶相组成进行计算, 利用Scherrer公式计算堇青石的晶粒大小。结果表明: 由于Eu₂O₃、Dy₂O₃和Er₂O₃的加入, 通过固相反应烧结所得堇青石试样中出现了莫来石相, Eu³⁺、Dy³⁺和Er³⁺对Mg²⁺的置换作用改变了堇青石相晶格常数和晶胞体积。随着添加剂含量的增加, 堇青石结构中液相量增加, 相对结晶度降低, 常温致密度提高, 堇青石晶粒粒径减小。综合对比分析, Eu₂O₃对堇青石晶相转变的影响程度最弱, Er₂O₃对堇青石晶相转变的影响程度最强, 对提高合成堇青石的烧结性和热震稳定性效果最好。     

Chemical Resistance of Silicate Glass-Ceramics

This work is concerned about the chemical characterization of monolithic diopside-based glass ceramics (GCs). Variations from this composition were carried out through the addition of P₂O₅ to increase crystal density and Al₂O₃ to optimize the chemical properties of the GCs.

The addition of MgO was sufficient for the crystallization of diopside, but additions of P₂O₅ made the formation of this crystalline phase difficult. The highest volume of diopside crystals was about 76% for the formulation with 5% weight of alumina.

As expected, chemical resistance is directly influenced by the composition of the glass ceramic, but not so much by the fraction of crystals volume.     

超重力熔铸Y2O3-Al2O3-SiO2玻璃的晶化行为研究

研究了以超重力熔铸方法制备的Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为, 并结合相图分析了热处理条件对晶化过程的影响规律。实验结果表明, Y₂O₃-Al₂O₃-SiO₂玻璃的晶化行为与热处理温度和SiO₂含量密切相关。当热处理温度为1050℃时, 晶化后样品的相组成沿超重力场方向呈现出梯度分布, 自上而下分别为Al₆Si₂O₁₃玻璃陶瓷、纯玻璃相、χ-Al₂O₃玻璃陶瓷。当退火温度为1100℃时, 析出晶相主要为Y₃Al₅O₁₂及Y₂Si₂O₇; 退火温度为1200℃时主要析出Y₃Al₅O₁₂。因此, 以超重力熔铸法制备YAS玻璃结合后续热处理的工艺, 提供了一种快速制备YAS基微晶玻璃的新方法。     

氟化物对CaO-Al_2O_3-SiO_2系玻璃析晶行为的影响

采用DTA、XRD、SEM等现代测试分析手段研究了晶核剂CaF2 对CaO Al2 O3 SiO2 系玻璃析晶行为的影响。结果表明 ,晶核剂CaF2 能有效地促进玻璃的整体析晶 ,在一定热处理制度下 ,可制备出晶粒尺寸为0 .1～ 0 .2 μm的白色微晶陶瓷 ,主晶相为透辉石和硅灰石。随着CaF2 含量的增加 ,透辉石型晶相增多 ,硅灰石型晶相减少。     

电场作用下铅基阳极表面氧化膜残余内应力产生机理研究

采用SEM、XRD和Raman光谱法研究电场作用下含铬溶液中铅基阳极氧化膜的残余内应力行为、内应力形成, 讨论了氧化膜内应力产生过程与氧化膜表面形貌、物质结构转变的关系。结果表明, 在氧化膜形成初期, Cr₂O₇^2- 和HCrO₄^-离子首先吸附在铅基阳极表面, 电场作用下, 其与铅基体反应并分别形成PbCrO₄和PbO, 同时产生较大内应力。电流密度的增加, 显著提高氧化膜的内应力。随着氧化时间的延长, 阳极析氧行为的加剧, 促进PbO或β-PbO₂形成。同时, 晶粒长大与内应力的不匹配, 导致内应力局部释放, 表现出氧化膜残余内应力减小。铅基氧化膜中不同氧化物组织结构的晶格参数差异, 增加了氧化膜内应力梯度变化, 致使氧化膜破裂。     

Cr含量对CrMnFeNi系高熵合金腐蚀行为的影响EI北大核心CSCD

利用XRD,SEM/EDS,EBSD,电化学测试等表征手段研究Cr含量对Cr_(x)MnFeNi(x=0.8,1.0,1.2,1.5)高熵合金微观组织与耐蚀性能的影响。结果表明:Cr_(0.8)MnFeNi高熵合金为单相FCC结构,Cr_(x)MnFeNi(x=1.0,1.2,1.5)高熵合金为FCC+BCC双相结构,且BCC相比例随着Cr含量升高而增加。在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中,高熵合金的耐蚀性能随着Cr含量降低而增强,其中,Cr_(0.8)MnFeNi单相高熵合金的耐蚀性能最好,这是因为Cr_(0.8)MnFeNi高熵合金的成分更为均匀。此外,Cr_(x)MnFeNi高熵合金在0.5 mol/L H_(2)SO_(4)溶液中均具有宽泛的钝化区域以及明显的伪钝化区域,表明合金在耐蚀性能上具有较大的研究价值和开发潜力。     

粉末烧结法制备α-堇青石基玻璃陶瓷的析晶动力学和性能

在堇青石化学计量组分和非堇青石化学计量组分中分别添加B₂O₃, 通过玻璃粉末烧结法制备玻璃陶瓷,并研究了玻璃陶瓷的性能, 包括非等温析晶动力学、热学、力学和介电性能。本研究使用非堇青石化学计量组分制备了α-堇青石基玻璃陶瓷, 并加入B₂O₃促进α-堇青石析出, 提高MgO-Al₂O₃-SiO₂玻璃的结晶能力。玻璃成分中过量的MgO和SiO₂不会影响玻璃的析晶能力, 但会影响析晶的类型; 增加B₂O₃含量可以制备低热膨胀系数的α-堇青石基玻璃陶瓷, 但会降低玻璃陶瓷的软化点。此外, 增加B₂O₃含量还可以提高玻璃陶瓷的致密性和强度。α-堇青石基玻璃陶瓷的最大抗弯强度、弹性模量、断裂韧性和体积密度分别为(42.4±3.0) MPa、(34.0±2.9) GPa、(0.7±0.15) MPa·m^1/2和1.53 g/cm³。制备的α-堇青石基玻璃陶瓷表现出良好的介电性能(介电常数低至3.5), 热膨胀系数低至4.22×10^-6 K^-1。     

Corrosion of magnesia–chrome brick in molten MgO–Al2O3–SiO2–CaO–FetO slag

The corrosion of magnesia–chrome (MgO–Cr₂O₃) brick in molten MgO–Al₂O₃–SiO₂–CaO–Fe_tO slag has been characterized using a dynamic rotary slag corrosion testing for various test cycles at 1650 °C. The open porosity decreases from 15.3 to 4.0% for three cycles, then it gradually increases from 4.0 to 4.8% when the test is extended to nine cycles, in which the permeating depth of the slag maintains at about 20 mm. The XRD pattern of the permeated layer shows the presence of the MgO, MgCr₂O₄ and CaMgSiO₄ phases. In the interior of the permeating layer cracks are formed and corrosion starts at the pores and cracks of MgO and decreases gradually. However, at 20–40 mm beneath the permeated layer edge, different shapes of MgO particles are found.