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 211 2.4扫描电镜和能谱分析 图6(a)~(e)分别为微晶玻璃在保温0~l20min的微 微晶玻璃的微观形貌和晶体的元素含量分别用扫 晶玻璃放大20000倍的扫描电镜照片，()为保温 描电子显微镜(SEM)和电子能谱(EDS)分析. 120min的微晶玻璃放大5000倍的扫描电镜照片. 图6不同保温时间的微晶玻璃的扫描电镜照片.(a)0mim;(b)30min:(c)60min;(d)90min:(e,)120min Fig.6 SEM images of the glass-ceramics with different holding time:(a)0min:(b)30 min:(c)60 min:(d)90 min:(e,f)120 min 由图6可见：升温至1100℃不保温即冷却时，晶 学性能优异，与传统的核化、晶化两步法工艺相比较， 相已从玻璃相中析出，为小的颗粒状晶体（粒径约为 一步法工艺具有热处理制度简化、烧制周期缩短的优 0.5um)和短柱状晶体（长约1μm),不规则地分布在 点，可采用现有的较为成熟的陶瓷烧结工艺制度，具有 玻璃基体上：随着保温时间的增加，晶体的形貌轮廓逐 较好的应用前景 渐变得规则，逐渐生长为扁平的长柱状（长约5μm), 3结论 少量未发育完全的颗粒状晶粒夹杂在大的长柱状晶体 和残余的玻璃基体中：微晶玻璃的微观结构逐渐致密 (1)高碱度微晶玻璃适合采用一步法工艺，基础 化，长柱状晶体相互交织咬合，呈现出枝晶互锁结构分 玻璃颗粒在升温过程中完成了成核和析晶过程，而在 布在残余的玻璃相中，形成内部纵横交错的整体，因此 保温过程中主要进行的是基础玻璃颗粒的烧结致密化 其抗折强度高，整体力学性能优异.从图6()可以看 和晶体的进一步发育.玻璃颗粒在升温至1100℃保温 出，微晶玻璃的表面微观结构致密，晶体镶嵌在玻璃基 120min时基本完成烧结过程，微晶玻璃的最大线性烧 体中. 结收缩率为6.7%，体积密度2.4g·cm3,抗折强度 根据电子能谱分析，微晶玻璃中颗粒状、短柱状及 56.4MPa,抗压强度345.8MPa,显微硬度6.2GPa,远 长柱状晶体中的元素的原子比近似为Ca:Mg:A:Si= 高于国家标准. 5:1:2:6,结合微晶玻璃的X射线衍射分析，认为微晶 (2)微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石，副晶相为 玻璃中的主晶相为固溶有少量镁黄长石的钙铝黄长 辉石：升温至1100℃时，微晶玻璃中晶体形态主要以 石，晶体生长方向和发育程度的不同导致晶体形态的 球状颗粒状和短柱状为主：随着保温时间的增加，晶体 差异 逐渐生长发育完善，以长柱状为主.升温至1100℃并 一步烧结法工艺中，基础玻璃颗粒在升温过程中 保温时间为30min时，微晶玻璃抗折强度即达到 完成了成核和析晶过程，而在保温过程中主要进行的 46.5MPa,微晶玻璃内部晶体呈方柱状交织排列并构 是基础玻璃颗粒的烧结致密化过程和晶体的进一步发 成晶体骨架分布在残余的玻璃基体中 育过程.晶相含量增加不是影响高碱度微晶玻璃力学 (3)晶相含量不是影响钢渣基高碱度微晶玻璃力 性能的主要因素，晶相的形状以及与残余玻璃相构成 学性能的主要因素，晶相的形状以及与残余玻璃相构 的整体致密结构是影响高碱度微晶玻璃力学性能的主 成的整体致密结构是影响高碱度微晶玻璃力学性能的 要因素 主要因素.升温至1100℃后保温处理，晶相含量随热 一步法工艺制备的高碱度的钢渣基微晶玻璃的力 处理时间的增加基本保持不变，线收缩率和体积密度赵贵州等: 钢渣基高碱度微晶玻璃的一步法制备及工艺参数研究 2. 4 扫描电镜和能谱分析 微晶玻璃的微观形貌和晶体的元素含量分别用扫 描电 子 显 微 镜 ( SEM ) 和 电 子 能 谱 ( EDS ) 分 析． 图 6( a) ～ ( e) 分别为微晶玻璃在保温 0 ～ 120 min 的微 晶玻璃 放 大 20000 倍 的 扫 描 电 镜 照 片，( f) 为保 温 120 min的微晶玻璃放大 5000 倍的扫描电镜照片． 图 6 不同保温时间的微晶玻璃的扫描电镜照片． ( a) 0 min; ( b) 30 min; ( c) 60 min; ( d) 90 min; ( e，f) 120 min Fig． 6 SEM images of the glass － ceramics with different holding time: ( a) 0 min; ( b) 30 min; ( c) 60 min; ( d) 90 min; ( e，f) 120 min 由图 6 可见: 升温至 1100 ℃ 不保温即冷却时，晶 相已从玻璃相中析出，为小的颗粒状晶体( 粒径约为 0. 5 μm) 和短柱状晶体( 长约 1 μm) ，不规则地分布在 玻璃基体上; 随着保温时间的增加，晶体的形貌轮廓逐 渐变得规则，逐渐生长为扁平的长柱状( 长约 5 μm) ， 少量未发育完全的颗粒状晶粒夹杂在大的长柱状晶体 和残余的玻璃基体中; 微晶玻璃的微观结构逐渐致密 化，长柱状晶体相互交织咬合，呈现出枝晶互锁结构分 布在残余的玻璃相中，形成内部纵横交错的整体，因此 其抗折强度高，整体力学性能优异． 从图 6( f) 可以看 出，微晶玻璃的表面微观结构致密，晶体镶嵌在玻璃基 体中． 根据电子能谱分析，微晶玻璃中颗粒状、短柱状及 长柱状晶体中的元素的原子比近似为 Ca∶ Mg∶ Al∶ Si = 5∶ 1∶ 2∶ 6，结合微晶玻璃的 X 射线衍射分析，认为微晶 玻璃中的主晶相为固溶有少量镁黄长石的钙铝黄长 石，晶体生长方向和发育程度的不同导致晶体形态的 差异． 一步烧结法工艺中，基础玻璃颗粒在升温过程中 完成了成核和析晶过程，而在保温过程中主要进行的 是基础玻璃颗粒的烧结致密化过程和晶体的进一步发 育过程． 晶相含量增加不是影响高碱度微晶玻璃力学 性能的主要因素，晶相的形状以及与残余玻璃相构成 的整体致密结构是影响高碱度微晶玻璃力学性能的主 要因素． 一步法工艺制备的高碱度的钢渣基微晶玻璃的力 学性能优异，与传统的核化、晶化两步法工艺相比较， 一步法工艺具有热处理制度简化、烧制周期缩短的优 点，可采用现有的较为成熟的陶瓷烧结工艺制度，具有 较好的应用前景． 3 结论 ( 1) 高碱度微晶玻璃适合采用一步法工艺，基础 玻璃颗粒在升温过程中完成了成核和析晶过程，而在 保温过程中主要进行的是基础玻璃颗粒的烧结致密化 和晶体的进一步发育． 玻璃颗粒在升温至1100 ℃保温 120 min 时基本完成烧结过程，微晶玻璃的最大线性烧 结收缩率为 6. 7% ，体 积 密 度 2. 4 g·cm － 3，抗折 强 度 56. 4 MPa，抗压强度 345. 8 MPa，显微硬度 6. 2 GPa，远 高于国家标准． ( 2) 微晶玻璃的主晶相为钙铝黄长石，副晶相为 辉石; 升温至 1100 ℃ 时，微晶玻璃中晶体形态主要以 球状颗粒状和短柱状为主; 随着保温时间的增加，晶体 逐渐生长发育完善，以长柱状为主． 升温至 1100 ℃ 并 保温时 间 为 30 min 时，微 晶 玻 璃 抗 折 强 度 即 达 到 46. 5 MPa，微晶玻璃内部晶体呈方柱状交织排列并构 成晶体骨架分布在残余的玻璃基体中． ( 3) 晶相含量不是影响钢渣基高碱度微晶玻璃力 学性能的主要因素，晶相的形状以及与残余玻璃相构 成的整体致密结构是影响高碱度微晶玻璃力学性能的 主要因素． 升温至 1100 ℃ 后保温处理，晶相含量随热 处理时间的增加基本保持不变，线收缩率和体积密度 · 112 ·