赵贵州等：钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究 ·209· 1.3基础玻璃的热处理 将基础玻璃粉末压制成尺寸为50mm×5mm× 5mm的坯体，放入硅碳棒加热炉中，以5℃·min的升 温速率升温至1100℃，分别保温0、30、60、90和 120min后随炉冷却.以上对基础玻璃的热处理制度， 1120 采用类似于陶瓷生产的一步法工艺，此工艺与传统的 微晶玻璃的核化、晶化梯级（升温一保温一升温一保温一 降温)工艺相比，只保留一个高温保温（升温一保温一降 温)过程，具有工艺简单、节约能源以及可利用现有陶 瓷生产设备的优点 1.4性能测试方法 -2000200400600800100012001400 温度PC 差热分析：对基础玻璃进行差热分析(DTA) 图1基础玻璃的差热曲线 (WTC-2C型微机差热天平，测试温度<1400℃)，以 Fig.1 DTA curve of the parent glasses α一A山0，坩埚作对比，空气气氛下升温速率为10℃· min-1 120min时的曲线又重新变陡.玻璃粉末在高温下存 在析晶和烧结两种趋势，在玻璃粉末表面和内部析出 性能测试：分别测量坯体在热处理前后的长度，计 算玻璃的线收缩率；采用阿基米德排水法计算微晶玻 的晶体会使玻璃黏度升高，原子迁移率下降，阻碍玻璃 粉末的烧结四.随着保温时间的增加，微晶玻璃中析 璃的体积密度：采用YES一300型数显压力试验机和 出的晶体含量增加，晶体开始生长并逐步发育完全，一 MH6型显微硬度计测量微晶玻璃的抗压强度、抗折 定程度上阻碍了烧结过程的进行，这可能是导致图2 强度和显微硬度 中微晶玻璃的线性烧结收缩率曲线逐渐平缓的原因. X射线衍射分析：采用日本理学Rigaku DMax--RB 保温90min后，烧结已基本趋近于完成，此时玻璃坯体 型，Cu靶，40kV,扫描范围10°~90°，步进0.02° 中物质的迁移充分，从而一定程度上减轻或消除气孔， 扫描电镜分析(SEM)和能谱分析(EDS):FEI 从而导致体积密度曲线又重新变陡. Quanta多用途扫描电子显微镜，样品用5%HF酸侵蚀 7.0 60$,超声波清洗及干燥后喷金处理 一。一收缩率 2.40 6.5 。一体积密度 2结果与讨论 6.0 2.35 55 2.1差热分析 2.30 解5.0 基础玻璃的差热分析曲线如图1所示.玻璃在热 2.25 力学上处于亚稳状态，具有自发向晶体转变的趋势 4.5 2.20 由图1可看出：在875℃附近出现一个明显的放热峰， 4.0 215 说明基础玻璃在热处理过程中可以析出晶体：放热峰 3.5 较为尖锐，说明基础玻璃在热处理过程中的析晶以整 3.0 2.10 体析晶为主-.在1120℃出现一个小的吸热谷，说 0 20 406080100120 时间min 明此温度接近析出的晶体的熔点，因此在热处理过程 图2微晶玻璃的线收缩率和体积密度 中最高温度不宜超过1120℃. Fig.2 Shrinkage rate and bulk density of the glass-ceramics 2.2性能测试 图2为基础玻璃在不同热处理时间下烧结体线收 图3为微晶玻璃在1100℃下不同热处理时间的 缩率和体积密度曲线.从图2中可以看出，在相同的 抗折强度曲线.由图3可见，随着保温时间的增加，微 升温速率和热处理温度下，随着热处理时间的增加，基 晶玻璃的抗折强度呈逐渐增大的趋势.基础玻璃升温 础玻璃的线收缩率逐渐增大，但其增大幅度逐渐减小， 至1100℃后不经保温过程而直接随炉冷却时，微晶玻 保温90~120min其线收缩率的变化曲线已经趋于平 璃的抗折强度为30MPa,低于国家标准(35MPa).保 缓，说明基础玻璃的烧结在1100℃保温90min时已基 温时间从0min到30min时曲线较陡，增幅较大， 本趋于完成，保温l20min时烧结收缩率较90min时略 30min时微晶玻璃的抗折强度超过45MPa.这一变化 微增大但增幅很小.基础玻璃的体积密度曲线呈现与 趋势与图2中微晶玻璃线收缩率和体积密度变化趋势 其线收缩率相似的变化趋势，但体积密度在保温90~ 一致，表明微晶玻璃基础粉末的烧结过程主要是在保赵贵州等: 钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究 1. 3 基础玻璃的热处理 将基础玻璃粉末压制成尺寸为 50 mm × 5 mm × 5 mm的坯体，放入硅碳棒加热炉中，以 5 ℃·min － 1的升 温速 率 升 温 至 1100 ℃，分 别 保 温 0、30、60、90 和 120 min后随炉冷却． 以上对基础玻璃的热处理制度， 采用类似于陶瓷生产的一步法工艺，此工艺与传统的 微晶玻璃的核化、晶化梯级( 升温--保温--升温--保温-- 降温) 工艺相比，只保留一个高温保温( 升温--保温--降 温) 过程，具有工艺简单、节约能源以及可利用现有陶 瓷生产设备的优点． 1. 4 性能测试方法 差热 分 析: 对 基 础 玻 璃 进 行 差 热 分 析 ( DTA) ( WTC--2C 型微机差热天平，测试温度 ＜ 1400 ℃ ) ，以 α--Al2O3坩埚作对比，空气气氛下升温速率为 10 ℃· min － 1 ． 性能测试: 分别测量坯体在热处理前后的长度，计 算玻璃的线收缩率; 采用阿基米德排水法计算微晶玻 璃的体积密度; 采用 YES--300 型数显压力试验机和 MH--6 型显微硬度计测量微晶玻璃的抗压强度、抗折 强度和显微硬度． X 射线衍射分析: 采用日本理学 Ｒigaku DMax--ＲB 型，Cu 靶，40 kV，扫描范围 10° ～ 90°，步进 0. 02°． 扫描 电 镜 分 析 ( SEM) 和 能 谱 分 析 ( EDS) : FEI Quanta 多用途扫描电子显微镜，样品用 5% HF 酸侵蚀 60 s，超声波清洗及干燥后喷金处理． 2 结果与讨论 2. 1 差热分析 基础玻璃的差热分析曲线如图 1 所示． 玻璃在热 力学上处于亚稳状态，具有自发向晶体转变的趋势． 由图 1 可看出: 在 875 ℃附近出现一个明显的放热峰， 说明基础玻璃在热处理过程中可以析出晶体; 放热峰 较为尖锐，说明基础玻璃在热处理过程中的析晶以整 体析晶为主［11--12］． 在 1120 ℃出现一个小的吸热谷，说 明此温度接近析出的晶体的熔点，因此在热处理过程 中最高温度不宜超过 1120 ℃ ． 2. 2 性能测试 图 2 为基础玻璃在不同热处理时间下烧结体线收 缩率和体积密度曲线． 从图 2 中可以看出，在相同的 升温速率和热处理温度下，随着热处理时间的增加，基 础玻璃的线收缩率逐渐增大，但其增大幅度逐渐减小， 保温 90 ～ 120 min 其线收缩率的变化曲线已经趋于平 缓，说明基础玻璃的烧结在 1100 ℃保温 90 min 时已基 本趋于完成，保温 120 min 时烧结收缩率较 90 min 时略 微增大但增幅很小． 基础玻璃的体积密度曲线呈现与 其线收缩率相似的变化趋势，但体积密度在保温 90 ～ 图 1 基础玻璃的差热曲线 Fig． 1 DTA curve of the parent glasses 120 min 时的曲线又重新变陡． 玻璃粉末在高温下存 在析晶和烧结两种趋势，在玻璃粉末表面和内部析出 的晶体会使玻璃黏度升高，原子迁移率下降，阻碍玻璃 粉末的烧结［13］． 随着保温时间的增加，微晶玻璃中析 出的晶体含量增加，晶体开始生长并逐步发育完全，一 定程度上阻碍了烧结过程的进行，这可能是导致图 2 中微晶玻璃的线性烧结收缩率曲线逐渐平缓的原因． 保温 90 min 后，烧结已基本趋近于完成，此时玻璃坯体 中物质的迁移充分，从而一定程度上减轻或消除气孔， 从而导致体积密度曲线又重新变陡． 图 2 微晶玻璃的线收缩率和体积密度 Fig． 2 Shrinkage rate and bulk density of the glass-ceramics 图 3 为微晶玻璃在 1100 ℃ 下不同热处理时间的 抗折强度曲线． 由图 3 可见，随着保温时间的增加，微 晶玻璃的抗折强度呈逐渐增大的趋势． 基础玻璃升温 至 1100 ℃后不经保温过程而直接随炉冷却时，微晶玻 璃的抗折强度为 30 MPa，低于国家标准( 35 MPa) ． 保 温时间 从 0 min 到 30 min 时 曲 线 较 陡，增 幅 较 大， 30 min时微晶玻璃的抗折强度超过 45 MPa． 这一变化 趋势与图 2 中微晶玻璃线收缩率和体积密度变化趋势 一致，表明微晶玻璃基础粉末的烧结过程主要是在保 · 902 ·