中國(guó)是世界最大的建筑陶瓷生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),年產(chǎn)量超100億m²,但高產(chǎn)量意味著要消耗大量的原材料資源及能源,同時(shí)給環(huán)境、資源造成較大壓力。故建筑陶瓷產(chǎn)品的輕量化、薄型化勢(shì)在必行,而提高建筑陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效手段。離子交換強(qiáng)化是一種工藝流程簡(jiǎn)單,強(qiáng)化效果良好的手段,經(jīng)強(qiáng)化后的樣品具有不變形、強(qiáng)度高、無自爆、抗沖擊性高及表面耐磨性高等優(yōu)點(diǎn),在建筑陶瓷行業(yè)有著良好的應(yīng)用前景。本研究采用低溫離子交換法對(duì)建筑陶瓷磚進(jìn)行強(qiáng)化,通過熔鹽中的K⁺與瓷磚內(nèi)部的Na⁺進(jìn)行離子交換,在瓷磚表面產(chǎn)生“釘扎效應(yīng)”,從而形成一層壓縮預(yù)應(yīng)力層以提高建筑陶瓷磚的強(qiáng)度。研究強(qiáng)化工藝、熔鹽成分、瓷體組成對(duì)離子交換強(qiáng)化效果以及陶瓷力學(xué)性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:（1）離子交換時(shí)間和溫度對(duì)離子交換強(qiáng)化瓷磚效果的影響:以分析純KNO₃為熔鹽,將瓷磚浸入熔鹽中經(jīng)不同時(shí)間、溫度進(jìn)行離子交換處理,結(jié)果表明:K⁺-Na⁺離子交換主要發(fā)生在陶瓷的玻璃相中,晶相以及氣相的存在對(duì)K^+<... 

【文章來源】：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

可知，如果表面壓應(yīng)力太大可能導(dǎo)致中間拉應(yīng)力也隨之增大，圖1.1離子交換強(qiáng)化機(jī)理圖

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士畢業(yè)論文1文獻(xiàn)綜述6個(gè)小時(shí)不等，強(qiáng)化結(jié)束后因大半徑離子取代小半徑離子，從而形成半徑差在玻璃表面產(chǎn)生壓縮預(yù)應(yīng)力來使玻璃增強(qiáng)。低溫型離子交換強(qiáng)化主要使用鉀鹽為熔鹽，成本低廉、來源廣泛，在化學(xué)鋼化玻璃、牙科陶瓷上有比較廣泛的應(yīng)用[40,41]。1.3.3高溫型離子交換強(qiáng)化高溫型離子交換強(qiáng)化通常是指強(qiáng)化溫度在玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg以上，以離子半徑較小的離子交換離子半徑較大的離子（如以Li+交換Na+）這類強(qiáng)化。因?yàn)閺?qiáng)化溫度高離子交換快，故強(qiáng)化時(shí)間較短。離子交換后在樣品表面形成低膨脹系數(shù)微晶，由于表面膨脹系數(shù)小于內(nèi)部，冷卻后在樣品表面形成壓應(yīng)力層使樣品增強(qiáng)，此法也稱為表面結(jié)晶或膨脹差法[39]。1.4影響離子交換強(qiáng)化的因素由離子交換強(qiáng)化的機(jī)理可知，強(qiáng)化的原理是因?yàn)樵诒粡?qiáng)化樣品表面形成了壓應(yīng)力層，而壓應(yīng)力的大小與強(qiáng)化過程中離子的體積效應(yīng)有關(guān)。體積效應(yīng)公式如下[42,43]：σ=13(E1μ)(Δvv)（1-2）式中：σ：壓應(yīng)力，MPa；E：彈性模量，MPa；μ：泊松比；△V：離子交換強(qiáng)化前后的體積差。由上式可知，離子交換量越大，樣品強(qiáng)化前后的體積差就會(huì)越大，從而導(dǎo)致表面的壓縮預(yù)應(yīng)力越大。通過離子交換對(duì)陶瓷表面形成的壓應(yīng)力能夠部分或全部抵消圖1.2離子交換強(qiáng)化過程示意Fig1.2Sketchmapofion-exchange

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士畢業(yè)論文1文獻(xiàn)綜述8所以，離子交換強(qiáng)化的溫度不是越高越好，時(shí)間也不是越久越好，而且時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)影響生產(chǎn)效率。存在最適合的溫度范圍和時(shí)間范圍，可以使樣品的強(qiáng)度達(dá)到最高并獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于不同配方的陶瓷，其微觀結(jié)構(gòu)有所差異，一般有不同的基礎(chǔ)強(qiáng)度，離子交換強(qiáng)化時(shí)對(duì)應(yīng)的最佳工藝條件（如離子交換強(qiáng)化時(shí)間、離子交換強(qiáng)化溫度）也會(huì)不同。1.4.2被強(qiáng)化樣品的成分被強(qiáng)化樣品的成分對(duì)離子交換強(qiáng)化有很大的影響，研究表明：玻璃中的Na2O及K2O作為例子交換源，通過提高玻璃成分中Na2O的含量同時(shí)減少K2O含量，可以提高玻璃與熔鹽之間的例子濃度差[47]。在硅酸鹽玻璃中增加Al2O3、ZnO、TiO2、P2O5、B2O3、ZrO2等氧化物含量，有利于離子交換增強(qiáng)[48]。在鋼化玻璃的實(shí)際生產(chǎn)中，一般都是將已有的玻璃產(chǎn)品進(jìn)行離子交換增強(qiáng)，玻璃成分都是沿用原有的成分，很少為離子交換的需要而單獨(dú)設(shè)計(jì)成分。但在陶瓷行業(yè)，陶瓷的成分控制相對(duì)來說要靈活許多，因此這是離子交換強(qiáng)化在陶瓷行業(yè)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)之一。1.4.3熔鹽成分熔鹽成分對(duì)于離子交換強(qiáng)化的影響主要包括熔鹽的純度以及添加劑的使用兩個(gè)方面。（1）熔鹽純度：熔鹽的純度在很大程度上影響著被強(qiáng)化樣品的增強(qiáng)效果，KNO3的純度越高，能使交換速度更快，交換層深度更深，離子交換強(qiáng)化效果也越好[49]。（2）熔鹽添加劑：熔鹽添加劑可以看作是離子交換強(qiáng)化過程的催化劑，起著提圖1.4強(qiáng)度與時(shí)間關(guān)系Fig.1.4Relationshipbetweenstrengthandtime圖1.3強(qiáng)度與溫度關(guān)系Fig.1.3Relationshipbetweenstrengthandtemperature

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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