浮法鋰鋁硅系統(tǒng)微晶玻璃的組成、結(jié)構(gòu)、性能及浮拋機(jī)理的研究.pdf

1、微晶玻璃兼有玻璃和陶瓷具有的許多優(yōu)越的性能，在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。其中的鋰鋁硅(LAS)體系是最具有研究價(jià)值的微晶玻璃體系之一，其低膨脹、高熱穩(wěn)定及優(yōu)良的機(jī)械性能使之成為一種不可或缺的新型材料。目前，LAS系微晶玻璃仍存在熔制溫度高、高溫粘度大等缺點(diǎn)，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，能源消耗大，高性能產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)不易實(shí)現(xiàn)，影響了市場應(yīng)用。因此在保證LAS系統(tǒng)微晶玻璃成核析晶性能、熱學(xué)性能和力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，降低LAS系微晶玻璃的熔制溫度和高溫粘度具有

2、巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會價(jià)值。
　　 玻璃的高溫粘度與其結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，而玻璃的結(jié)構(gòu)在很大程度上又是由其組成決定的，因此本文圍繞鋰鋁硅系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一系列的組成，研究摻雜不同量的MgO，BaO、Na2O/ZnO以及P、F對LAS微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和性能的影響，同時得到相應(yīng)LAS系統(tǒng)微晶玻璃的熔制溫度和高溫粘度的影響因素，獲得了降低熔制溫度和高溫粘度的組分和工藝。
　　 本文采用DTA，XRD，SEM，熱膨脹性能、抗折強(qiáng)度、高溫粘

3、度及拉曼光譜等測試手段，研究其LAS系統(tǒng)微晶玻璃組成、熱處理制度、微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的相互影響和聯(lián)系。通過對含有不同量的MgO，BaO、Na2O/ZnO以及P、F微晶玻璃的結(jié)構(gòu)與性能的研究與比較，確定能滿足浮法成型工藝要求的配比和熱處理制度，探索相關(guān)基礎(chǔ)理論問題，并與實(shí)踐生產(chǎn)相結(jié)合，達(dá)到指導(dǎo)同類材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用的目的。因此，論文的研究具有十分重要的意義。
　　 論文研究得到以下結(jié)論：
　　 1)MgO可以降低微晶玻

4、璃結(jié)晶傾向和結(jié)晶速度，能有效降低該系統(tǒng)玻璃熔制溫度，從而調(diào)整玻璃成型溫度。根據(jù)不同MgO含量的微晶玻璃粘度測試結(jié)果可以得出：LAS微晶玻璃的熔化溫度在1600℃左右，實(shí)際操作溫度在1520℃附近，具有較好的熔制性能和成型性能。X射線衍射分析得出，主晶相都為β-石英，且隨著MgO的增加，衍射峰強(qiáng)度依次增加，析晶程度不斷增強(qiáng)。SEM結(jié)果表明，隨著MgO含量的增加，促進(jìn)了LAS微晶玻璃的晶化，主晶相β-石英含量不斷升高，晶體尺寸略有增大。由于

5、微晶玻璃中的β-石英晶體的強(qiáng)度高于剩余玻璃相,當(dāng)Mg()含量低于2.0wt％時，隨著MgO含量的增加，微晶玻璃氣孔率大大改善，微晶玻璃的抗折強(qiáng)度相應(yīng)增大。當(dāng)MgO含量超過2.0wt％時，微晶玻璃的抗折強(qiáng)度增加變緩，且有減小的趨勢。膨脹系數(shù)測試結(jié)果表明：微晶玻璃的膨脹系數(shù)隨著MgO含量的增加由-14.51×10-7C-1增大到17.95×10-7℃-1。不同MgO含量的LAS系統(tǒng)微晶玻璃都具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，從測試結(jié)果還可以得到：隨著M

6、gO含量的增加，相應(yīng)的耐水性、耐酸性和耐堿性有一定的增強(qiáng)。
　　 2)隨著BaO引入量的增加，能促進(jìn)LAS系微晶玻璃的晶形轉(zhuǎn)變，析出更穩(wěn)定的主晶相，微晶玻璃的透明性變差；LAS系統(tǒng)微晶玻璃隨著BaO引入量的增加，熱膨脹系數(shù)由2.98×10-7/K增大到6.27×10-7/K，力學(xué)性能先增強(qiáng)后降低。經(jīng)850℃晶化的試樣表現(xiàn)出更好的結(jié)構(gòu)和性能。經(jīng)高溫處理試樣的主晶相發(fā)育得更完全，生長得的更致密，而且會生成更穩(wěn)定的晶相；系統(tǒng)的熱膨脹系

7、數(shù)更小，力學(xué)性能更好。綜合LASB系微晶玻璃試樣的結(jié)構(gòu)和性能可以得出：摻雜2.5（wt）％的BaO經(jīng)750℃核化850℃晶化的LAS系微晶玻璃試樣呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)和性能最為優(yōu)異。
　　 3)隨著Na2O/ZnO的降低，LAS系統(tǒng)母體玻璃的粘度不斷減小，熔融溫度不斷降低。玻璃的熔化溫度大概在1580℃左右，具有較好的熔制和成型性能。同時，隨著Na2O/ZnO的降低，微晶玻璃的晶相含量不斷增加，晶粒尺寸不斷減小，微晶玻璃的主晶相由β-鋰輝

8、石固溶體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英固溶體。隨著Na2O/ZnO的降低，母體玻璃的熱膨脹系數(shù)與軟化點(diǎn)溫度逐漸降低，而微晶玻璃的熱膨脹系數(shù)由10.326×10-7K-1明顯降低到-0.536×10-7K-1，由正膨脹變?yōu)樨?fù)膨脹，但軟化點(diǎn)溫度不斷增加。
　　 4)隨著F、P摻雜量的升高，微晶玻璃的衍射峰增強(qiáng)，晶相增多，晶粒半徑逐漸增大，透明性降低；含F(xiàn)樣品在750℃核化，815℃晶化2h后析晶效果好，含P樣品在750℃核化，850℃晶化2h后

9、析晶效果好；F、P摻雜的LAS微晶玻璃，隨摻雜含量的增多，熱膨脹系數(shù)先增大后減??；軟化溫度在900-1000℃之間，隨摻雜量的增加軟化溫度有一個遞減的趨勢。F、P摻雜的LAS微晶玻璃，相對于未摻雜試樣，在1150-1450℃之間高溫粘度顯著降低，有利于浮法工藝成形。
　　 5)LAS微晶玻璃的平衡厚度均隨著溫度的升高略有降低。LAS微晶玻璃的平衡厚度在1260℃時約為7.22mm，在1290℃時約為7.12mm。LAS微晶玻璃在

10、攤平拋光粘度范圍103.7～104.2dPa·s，其對應(yīng)溫度區(qū)間為1308.1～1236.4℃。LAS微晶玻璃厚度到達(dá)平衡的時間約為4min。LAS微晶玻璃的高溫表面張力、密度隨著溫度的升高呈線性降低。LAS微晶玻璃在1250℃后開始有著較好的拋光效果。LAS浮法玻璃理論平整化時間隨著溫度升高而縮短。LAS微晶玻璃在1308.1℃(粘度為103.7dPa·s)時，平整化時間約為31s;在1236.4℃（粘度為104.2dPa·s）時大約