樊婧,魏曉麗,沈毅,元廣杰
( 1. 華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,河北 唐山 063000;2. 邢臺晶玉微晶板材有限公司,河北 邢臺 054000)
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低溫快燒微晶玻璃裝飾板材
樊婧1,魏曉麗1,沈毅1,元廣杰2
( 1. 華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,河北 唐山 063000;2. 邢臺晶玉微晶板材有限公司,河北 邢臺 054000)
微晶玻璃;低溫快燒;建筑材料
通過調(diào)整配方,實(shí)現(xiàn)了微晶玻璃裝飾板材在1 060 ℃下的低溫快燒,并對其主晶相進(jìn)行了分析,將其性能與天然大理石和花崗巖進(jìn)行了對比。
微晶玻璃是具有特定組成的基礎(chǔ)玻璃在一定溫度下控制結(jié)晶而制得的晶粒細(xì)小并均勻分布于玻璃體中的多晶復(fù)合材料[1]。與玻璃、陶瓷相比較,其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均不相同。微晶玻璃的性質(zhì)是由其中的結(jié)晶相礦物組成與玻璃的化學(xué)組成及其數(shù)量決定的[2]。因此,它集中了玻璃、陶瓷兩者的特點(diǎn),故又稱之為玻璃陶瓷或結(jié)晶化玻璃[3]。作為一種較常見的微晶玻璃,燒結(jié)微晶玻璃裝飾板材在我國已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),但在生產(chǎn)工藝和市場方面仍存在著一些問題,制約著產(chǎn)品的推廣和發(fā)展。目前燒結(jié)法制備微晶玻璃的燒結(jié)溫度較高(1 100 ℃~1 200 ℃),燒結(jié)時間很長,一般高溫保溫時間長達(dá)數(shù)小時[4],燒結(jié)周期長且能耗很大,為了提高生產(chǎn)效率,則需要降低燒結(jié)溫度,減少保溫時間[5]。該項(xiàng)研究通過調(diào)整配方,實(shí)現(xiàn)了微晶玻璃裝飾板材在1 060 ℃下的低溫快燒,并對其主晶相進(jìn)行了分析,將其性能與天然大理石和花崗巖進(jìn)行了對比。
以2個微晶玻璃組成配方A(表1)和組成配方B(表2)為基礎(chǔ),通過改變根據(jù)這2種配方配制的配合料C和D的比例,在最短的時間內(nèi)獲得滿意的配方。
表1 微晶玻璃配方A組成(%)
表2 微晶玻璃配方B組成(%)
首先按表1計(jì)算并稱取各種原料,然后再稱取一定比例的著色劑CuO和Cr2O3,并一起加入研磨罐干混6 h得到配合料C。按表2以同樣加工方式得到配合料D。
分別以1:2、2:3、1:1、3:2的比例稱取C、D 2種配合料,充分混合均勻后用高溫箱式電阻爐分別在1 500 ℃熔融并保溫1.5 h后水淬,依次將它們編號為:1#、2#、3#和4#。
表3 各標(biāo)號樣品的配比
分別將裝有1#、2#、3#和4#樣品的模具(200 mm×200 mm)放入電爐中,以300 ℃/h的升溫速率從室溫升至1 060 ℃后保溫40 min,然后隨電爐一起冷卻至室溫。
表4 各種微晶試樣特征
表4為1#、2#、3#和4#微晶玻璃試樣的特征,經(jīng)對比可知,3#微晶玻璃試樣最為接近試驗(yàn)預(yù)期效果。
2.1 物相分析
采用BDX-3200型X-ray衍射儀對3#微晶玻璃試樣進(jìn)行X-ray衍射分析,圖1為射線衍射圖譜。
圖1 3#微晶玻璃試樣的X射線衍射圖譜
由圖1可知,3#微晶玻璃試樣的主晶相為β-硅灰石和鈣長石。從衍射峰強(qiáng)度可知,微晶玻璃試樣中存在大量的玻璃相,這有利于增加玻璃的透光率和對玻璃制品進(jìn)行彎曲加工。
采用S-4800型場發(fā)射掃描電子顯微鏡對3#微晶玻璃試樣進(jìn)行測定,圖2為3#微晶玻璃試樣的SEM微觀結(jié)構(gòu)照片。
圖2(A)為晶體結(jié)構(gòu)全貌照片,圖2(B)為玻璃顆粒的內(nèi)部晶相照片,圖2(C)為玻璃顆粒的界面及界面附近晶相照片,圖2(D)為纖維狀晶相區(qū)域與不規(guī)則塊狀晶體區(qū)域相交界區(qū)域照片。
A 晶體結(jié)構(gòu)全貌照片 B 內(nèi)部晶相照片
C 顆粒界面及界面附近晶相照片 D 纖維狀晶相與塊狀晶體交界區(qū)域照片
通過進(jìn)行SEM 觀察,可知3#微晶玻璃試樣的主晶相為針狀硅灰石,該晶體呈樹枝狀分布在玻璃相中,且晶體數(shù)量僅占玻璃總量的很少比例[6]。
2.2 試樣性能測定
對3#微晶玻璃試樣的各項(xiàng)性能進(jìn)行分析測定,表5為3#微晶玻璃試樣與天然大理石和天然花崗巖的性能對比[7]。
表5 微晶玻璃試樣與天然石材的性能對比
通過對試樣測定結(jié)果進(jìn)行對比可知,微晶玻璃的比密度大于天然石材,結(jié)構(gòu)致密組織均勻[8];彎曲強(qiáng)度是天然石材的3倍多;抗壓強(qiáng)度以及硬度明顯高于天然石材,具有良好的耐磨抗壓性能[9];熱膨脹系數(shù)極低,吸水率幾乎為零,具有不吸水、抗凍和獨(dú)特的耐污染性能,且材料尺寸穩(wěn)定性較好[10]。
(1)通過調(diào)整微晶玻璃的配方組成,可以實(shí)現(xiàn)低溫快燒的目的,可使微晶玻璃裝飾板材的熱處理溫度降至1 060 ℃,并可使保溫時間縮短至40 min。
(2)微晶玻璃試樣配方組分不同,結(jié)晶程度不同。
(3)微晶玻璃各項(xiàng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材,并可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾板材。
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Low Temperature Fast Firing Glass-ceramic Dalle
FAN Jing1, WEI Xiao-li1, SHEN Yi1, YUAN Guang-jie2
(1.College of Material Science and Engineering, North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009, China;2.Xingtai Jingyu Glass Panels Limited Company, Xingtai Hebei 054000, China)
glass-ceramic; low temperature fast firing; building material
The formulas of glass-ceramics were adjusted and achieved low temperature fast firing under 1 060 ℃. The main crystaline phases of glass-ceramics were analyzed, and material properties were compared with natural marble and granite.
2095-2716(2016)01-0078-04
2015-07-05
2015-11-16
TQ171.73+3
A