晶化处理对堇青石微晶玻璃晶相及其性能影响的研究

以堇青石的理论化学组成为基础玻璃配方,采用熔融法制备堇青石微晶玻璃。利用DSC-TG、XRD、SEM研究堇青石微晶玻璃的析晶特性和微观形貌,并对其热膨胀性能以及烧结性能进行测试。结果表明:微晶玻璃初晶相为亚稳MgAl_2Si_3O_(10)相,终晶相为α-堇青石相,随着热处理温度升高,亚稳MgAl_2Si_3O_(10)相向α-堇青石相转变。在1000～1200℃的温度范围内,堇青石微晶玻璃的结构和性能较为稳定。     

珍珠岩制备单一α-堇青石微晶玻璃及其性能

以珍珠岩为主要原料制备了单相α-堇青石微晶玻璃.采用DSC、XRD及FESEM分别研究了微晶玻璃的烧结和晶化行为、晶相组成及显微结构.探讨了烧结温度和SiO2含量对微晶玻璃晶相、显微结构及性能的影响.结果表明,随着烧结温度升高,微晶玻璃中μ-堇青石逐渐减少并转变成α-堇青石,微晶玻璃的孔隙率减少.随着SiO2含量升高,α-堇青石晶相析出温度先降低后增高,微晶玻璃的密度及抗折强度先增大后减小,介电性能变差.当Mg∶Al∶Si=2∶2∶5.95时经900 ℃烧结6 h制得单一α-堇青石微晶玻璃,并具有高抗折强度(116 MPa),低介电常数(5.72,10 MHz),低介电损耗(0.0059,10 MHz),与Si相匹配的热膨胀系数(2.91×10-6 K-1),可以用作低温共烧陶瓷材料.     

堇青石基微晶玻璃内微裂纹的生成

应用膨胀长度变化、X射线衍射、电子显微镜及光学显微镜等实验技术研究了接近堇青石组分、内含11wt％TiO_2的玻璃的晶化过程,探讨了该微晶玻璃内微裂纹的生成机理。同一成分的玻璃,经不同的预热处理,会引起晶化过程中亚稳相的数量及堇青石析出的分布状态的不同,从而影响了该微晶玻璃内微裂纹的生成。含有大量微裂纹的堇青石微晶玻璃具有优良的热震性。     

低热膨胀系数堇青石微晶玻璃的制备

采用传统熔体冷却法制备了Mg O-A1_2O_3-Si O_2玻璃,并通过热处理进一步获得了堇青石基微晶玻璃。探索了Zr O_2/Ti O_2复合成核剂及热处理制度对微晶玻璃析晶性能及热膨胀系数的影响规律。结果表明,Mg O-A1_2O_3-Si O_2体系有较强的表面析晶倾向,晶核剂的加入能降低析晶温度,同时有利于诱导样品发生均匀析晶,并能促进低温型堇青石相向膨胀系数更低的高温型堇青石相转变,有利于降低堇青石微晶玻璃材料的膨胀系数。在复合晶核剂作用下,当析晶温度为1050℃,保温时间为60 min时,可获得最低热膨胀系数为1.03×10~(-6)/℃的堇青石微晶玻璃材料。     

α-堇青石矿渣微晶玻璃热处理工艺优化及氟的影响

研究以白云鄂博西尾矿、粉煤灰为主要原料,用1~7 wt%的MgF_2渐近取代原组分中的MgO,采用熔融工艺成功制备了α-堇青石基矿渣微晶玻璃。采用XRD、SEM及相关力学及电学测试手段研究核化温度、晶化温度等热处理工艺参数及氟含量变化的影响。研究结果表明在所研究条件下760℃和1050℃分别进行核化与晶化热处理最有利于α-堇青石的析出。此时,随着F~-含量的增加,α-堇青石相先增加后减少,同时由六方柱变为条针状。MgF_2取代量为3wt%时,所制备α-堇青石微晶玻璃表现出最佳综合性能:维氏硬度7.04 GPa,抗折强度113.5 MPa,平均热膨胀系数1.86×10~(-6)/℃,介电常数6.62,介电损耗~10~(-2)。其抗折强度与热膨胀系数已与工业堇青石相当。     

添加氧化铈对堇青石基微晶玻璃的烧结和性能的影响

采用X射线衍射、扫描电镜和差热分析等手段研究了稀土氧化铈对由熔融淬冷法制备的非化学计量组成的堇青石基微晶玻璃的相变、烧结特性和性能的影响。研究结果表明：添加氧化铈能够明显抑制μ-堇青石相的形成和促进μ-堇青石向α-堇青石的转变。氧化铈的加入降低了微晶玻璃的烧结活化能和堇青石微晶玻璃的烧结温度,添加氧化铈质量分数为4％的微晶玻璃的μ-堇青石转变为α-堇青石的最低温度约为900℃,此时烧结样品几乎完全致密化,但氧化铈加入量太多将会阻止微晶玻璃的烧结和晶化。微晶玻璃的抗折强度随氧化铈含量的增加而增加,当氧化铈为4％时样品的抗折强度达到最大值。微晶玻璃的热膨胀系数随着氧化铈含量的增加变化不大。该微晶玻璃可望应用于微电子封装领域,能够与高导电率、低成本的金属如铜、银／钯低温共烧制成电子基板材料。     

镁铝硅系堇青石基微晶玻璃的制备及性能研究

采用高温熔融法制备了MgO-Al2O3-SiO2 (MAS)系堇青石基微晶玻璃.借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及热膨胀系数仪研究了晶化热处理工艺、MgO/Al2O3质量比以及晶核剂种类(TiO2/ZrO2)与含量对MAS系堇青石基微晶玻璃理化性能和晶化特性的影响.结果表明:在核化温度750℃、保温时间1h,晶化温度1050℃、保温时间2.5h,升温速率5 ℃/min时,微晶玻璃中堇青石含量最高,析晶性能最好;当MgO/Al2O3质量比为1左右时,在30 ～ 700℃温度范围内,平均热膨胀系数最小,在4.4 ～4.8×10-6K-1范围内可调;TiO2是MAS系堇青石基微晶玻璃的有效晶核剂,而ZrO2的加入并不利于基础玻璃的晶化.     

堇青石的合成及应用

本文在查阅大量文献的基础上,归纳了堇青石的合成方法及在工业上的应用.采用天然原料的固相合成仍是合成堇青石的主要方法,玻璃反玻化可获得高强致密的堇青石基微晶玻璃,而溶胶凝胶法合成堇青石将有广阔的发展前景.     

粉煤灰堇青石多孔微晶玻璃的初步研究

以粉煤灰为主要原料，成功合成了堇青石微晶玻璃。XRD分析表明堇青石是材料中的主要晶相。EPMA的分析结果表明合成的微晶玻璃中，堇青石晶粒细小均匀，含量达到80％，它们与玻璃相交织成浸染状，两者均匀分布。该陶瓷抗热震发良好，1200℃－28℃水淬火循环37次不破裂。     

尾矿微晶玻璃的制备及其性能研究

研究了以广西北海的高岭土尾矿为主要原料,采用烧结法制备矿渣微晶玻璃的可行性.确定了制备堇青石微晶玻璃的配方(质量分数/%):尾矿53.2,氧化镁18.0,氧化铝16.0,氧化铈4.4,其它8.4.采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等手段研究了热处理工艺对微晶玻璃的相组成、微结构和烧结特性以及介电性能的影响.结果说明:烧结样品可以在900℃完全致密化,此时样品的主晶相为α-堇青石.该材料具有低的介电常数和低的线胀系数,是一种有应用前景的低温共烧陶瓷基板材料.     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

晶化时间对MgO-Al2O3-SiO2微晶玻璃相转变及热膨胀性能的影响

采用XRD、DTA、SEM等测试方法,对MgO-Al2O3-SiO2（MAS）系微晶玻璃的析晶和微观结构进行了研究,讨论了不同的晶化时间对MAS微晶玻璃析晶行为及其热膨胀性能的影响。结果表明：在1050℃保温,堇青石能快速地晶化析出。随着晶化时间的增长,堇青石相逐渐增多,当晶化2h时几乎完全析出,析出晶粒大小约为2～5um。MAS系微晶玻璃的热膨胀系数与相组成有着密切的关系,随着晶化时间的延长,热膨胀系数逐渐减小。     

专利文摘

正一种以珍珠岩为主要原料的低介低膨胀堇青石微晶玻璃材料及其制备方法授权公告号:CN105271763B授权公告日:2017.11.24申请号:2015108182411申请日:2015.11.20专利权人:中国地质大学(武汉);信阳师范学院摘要:本发明涉及介电陶瓷材料。一种以珍珠岩为主要原料的低介低膨胀堇青石微晶玻璃材料的     

以MAS为添加剂的碳化硅复合多孔材料的制备

在碳化硅(SiC)中加入MAS(镁铝硅)玻璃相,经过750℃×2h/1200℃×2h的热处理,制得了高强度的α-堇青石微晶玻璃结合碳化硅复合多孔材料。利用热膨胀仪测得了添加剂微晶玻璃的热膨胀系数,通过DTA研究了微晶玻璃的核化温度和晶化温度;分别利用XRD和SEM分析了材料的物相和显微结构;利用多功能试验机,对材料的强度进行了测试。通过建立的模型,近似计算了基体碳化硅和结合相的残余应力值。经研究制得了热膨胀系数为4.04×10-6/K的与基体碳化硅相匹配的结合相堇青石微晶玻璃、抗折强度为131Mpa复合多孔材料。     

堇青石基微晶玻璃的热膨胀行为

研究了加TiO_2的富镁堇青石组成微晶玻璃的热膨胀行为。这种微晶玻璃中含有大量晶体和极少量的玻璃相。其中主要晶相是堇青石。此外,还有金红石与镁铝钛酸盐固溶体。在晶化处理的冷却过程中由于晶体具有热膨胀的各向异性,在热应力的作用下在微晶玻璃内部生成了微裂纹。借助于应力计算公式描述了微裂纹生成的原因。这种微裂纹可以用膨胀仪测得的加热-冷却曲线间的回线来加以描述。实验指出微裂纹的增量与实验温度间有一函数关系,可用经验公式y=ae~(bx)表示。最后通过扫描电子显微镜观察,分析指出了微裂纹存在的位置与大小。     

氧化锌对微晶玻璃结构与性能的影响以及重金属锌的固化机制

以分析纯试剂为原料模拟含锌冶炼渣，采用熔融法制备微晶玻璃，利用X射线衍射、扫描电子显微镜、拉曼光谱等表征方法，探究不同氧化锌掺杂量对微晶玻璃形成、晶化及理化性能的影响。结果表明，微晶玻璃的主要结晶相为堇青石相，少量氧化锌(低于0.5%,摩尔分数，下同)的加入能够增强玻璃形成能力。随着氧化锌含量逐渐增加(0.5%～20.0%),玻璃网络结构的完整性变差，玻璃的黏度降低，微晶玻璃的主要结晶相由堇青石转变为尖晶石，同时结晶度和晶粒尺寸增大，从而微晶玻璃的体积密度、硬度和耐酸碱性提高。微晶玻璃对重金属锌有较好的固化效果，因此锌浸出浓度远低于标准值，浸出率趋于稳定。本研究可为实现微晶玻璃固化重金属提供参考和借鉴。     

纳米尖晶石铁氧体在MgO-Al2O3-SiO2玻璃中的析晶研究

以正硅酸乙酯、醋酸镁、异丙醇铝、醋酸镍和硝酸铁为原料，通过溶胶一凝胶工艺合成了氧化镁一氧化铝一二氧化硅玻璃和微晶玻璃。采用DTA和XRD对凝胶玻璃的吸晶行为进行表征。DTA和XRD结果显示：凝胶体在500℃热处理后可以转变为透明玻璃体，在900℃热处理后，得到含有堇青石晶相的微晶玻璃；当5％(摩尔分数)氧化镍引入体系后，在800℃处理2h后，纳米尖晶石和堇青石同时从体系中析出；当氧化镍和三氧化二铁同时取代体系中的氧化镁和氧化铝时，纯纳米铁氧体尖晶石从玻璃体中析出。     

二氧化钛对镁铝硅微晶玻璃析晶行为与性能的影响

堇青石微晶玻璃具有低介电常数、低介电损耗、低热膨胀等优点,化学计量堇青石MgO–Al2O3–SiO2(MAS)玻璃组成易表面析晶.采用熔融–整体析晶法制备了MAS微晶玻璃,研究了TiO2添加量对MAS微晶玻璃析晶行为和性能的影响.随着TiO2添加量的增加,玻璃化转变温度和第1析晶峰温度降低,说明TiO2能够有效促进析晶...     

SiO2/Al2O3摩尔比对堇青石微晶釉结构与性能的影响

以矿物为主要原料采用生料釉法制备堇青石微晶釉,探究了不同SiO2/Al2O3摩尔比对堇青石微晶釉结构和性能的影响。通过高温显微镜、XRD、FT-IR、SEM等对堇青石微晶釉进行了测试表征,并测试其热膨胀系数、釉面硬度和白度。结果表明:随着SiO2/Al2O3摩尔比从7.7降低到3.5,釉的流动性先提高后降低,釉中存在的主晶相由单一顽火辉石转变为顽火辉石和α-堇青石共存再到单一α-堇青石最后转变为α-堇青石和镁铝尖晶石。且釉中α-堇青石含量先增加后减少,热膨胀系数先降低后升高,釉面硬度先增大后减小,白度先减小后增大;当SiO2/Al2O3摩尔比为4.0时,样品的综合性能最佳,α-堇青石含量最高,为19.8%,釉的热膨胀系数为4.37×10-6(600℃),釉面硬度为6.9 GPa,白度为69.1 Wb。