【摘要】：氟化物玻璃陶瓷因其優(yōu)雅的外觀、似玉的質(zhì)感而被廣泛應(yīng)用在日用餐具、燈飾照明和工藝品制作等諸多領(lǐng)域。然而,在氟化物玻璃陶瓷熔制過程中,氟的揮發(fā)不僅降低了產(chǎn)品的質(zhì)量,增加了生產(chǎn)成本,而且會對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成不可忽略的影響。因此,降低氟化物玻璃陶瓷生產(chǎn)過程中氟的揮發(fā)在節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)和環(huán)境保護等方面具有重要意義。本論文的研究內(nèi)容主要包括以下三個方面:氟化物玻璃陶瓷制備過程中氟的揮發(fā)特性及動力學(xué)研究;氟揮發(fā)對氟化物玻璃陶瓷顯微結(jié)構(gòu)與性能的影響研究;RO對氟化物玻璃陶瓷氟揮發(fā)、顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響研究。本文采用高溫熔融法來制備氟化物玻璃陶瓷。探究了原料以及熔制工藝因素對氟化物玻璃陶瓷熔制過程中氟揮發(fā)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上對氟揮發(fā)反應(yīng)動力學(xué)做了初步研究,并確定氟的揮發(fā)過程可用擴散控制的二級反應(yīng)動力學(xué)模型來描述。實驗結(jié)果表明:配合料熔制過程中氟的揮發(fā)與氟來源密切相關(guān),四種常用的含氟礦物中(氟硅酸鈉、冰晶石、氟化納和氟化鋁),以氟化鋁引入氟時,氟揮發(fā)較少。降低配方中氟的加入量、熔融溫度和縮短熔融時間能夠減少熔制過程中的氟揮發(fā)。降低配合料的含水率和石英砂的粒度能夠加快玻璃配合料的熔制進程,并能減少氟的揮發(fā)。常壓下,玻璃陶瓷在1350℃~1450℃熔制溫度范圍內(nèi),氟揮發(fā)的反應(yīng)活化能E=97.02 kJ/mol,指前因子A=12.82 min~(-1)。通過正交實驗探究了氟揮發(fā)對氟化物玻璃陶瓷顯微結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。隨著氟揮發(fā)增加,玻璃基體中氟化物析晶減少,玻璃陶瓷的白度、密度和抗折強度均下降。氧化鈣的加入使玻璃中CaF_2析晶增加,玻璃陶瓷的強度增大。當(dāng)熔融溫度為1350℃,熔融時間40min,以氟化鋁為氟來源,氧化鈣加入量為1.5wt%時,可以制備出白度值為90.4%,抗折強度為109.4MPa的玻璃陶瓷,氟揮發(fā)率為15.3%。RO在玻璃中具有較為復(fù)雜的作用,一方面削弱玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),另一方面,對玻璃的結(jié)構(gòu)起到積聚作用。此外,R~(2+)還能與F~-鍵合,形成熔點較高的氟化物微晶。為此,本論文通過改變基礎(chǔ)配方中RO的含量,系統(tǒng)研究了RO對氟化物玻璃陶瓷的氟揮發(fā)、顯微結(jié)構(gòu)及性能的影響規(guī)律,研究結(jié)果表明:配方中RO(MgO、CaO、SrO和BaO)的加入能夠促進在玻璃基體中析出大量高熱膨脹系數(shù)的氟化物微晶(NaMgF_3、CaF_2、SrF_2、BaF_2等),使玻璃基體受到均勻的壓應(yīng)力,同時減弱了F~-對玻璃網(wǎng)絡(luò)的破壞作用,玻璃陶瓷的抗折強度增加。其中CaO對玻璃陶瓷的抗折強度影響最為顯著。隨Ca~(2+)、Sr~(2+)、Ba~(2+)離子半徑增大,RO對玻璃陶瓷的抗折強度影響減弱。Zn O對玻璃陶瓷的析晶促進作用微弱,加入較多的ZnO反而會削弱玻璃結(jié)構(gòu)的緊密程度而使玻璃陶瓷的抗折強度降低。RO的加入還使玻璃陶瓷的體積密度增大,且隨R~(2+)半徑增大,體積密度增加顯著。在加入等質(zhì)量RO的條件下,MgO對玻璃熔體中氟的固定作用最強,隨R~(2+)(Mg~(2+)、Ca~(2+)、Sr~(2+)和Ba~(2+))半徑增大,z/r~2逐漸減小,R~(2+)對熔體中F~-的固定作用減弱,RO對氟揮發(fā)率的影響程度降低。而Zn~(2+)在玻璃熔體中不參與析晶,以[ZnO_6]、[ZnO_4]的形式存在于網(wǎng)絡(luò)中,隨ZnO加入量增加,[ZnO_6]轉(zhuǎn)變?yōu)閇ZnO_4]而使玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密程度降低,熔體粘度下降,氟揮發(fā)率呈現(xiàn)增加趨勢。RO對氟化物玻璃陶瓷的白度具有不同程度的影響。其中MgO對玻璃陶瓷白度的影響最大,在MgO加入量小于4wt%時,樣品白度值較高且變化較小,最高達91%,進一步加入MgO,樣品白度值迅速降低。這與玻璃陶瓷析晶尺寸減小,晶體對入射光的散射程度降低有關(guān)。隨R~(2+)離子半徑增大,RO對玻璃陶瓷白度的影響程度逐漸降低。
【圖文】：

法有熔融法、燒結(jié)法和溶膠凝-膠法。1.1.5.1 熔融法高溫熔融法是制備玻璃陶瓷最早使用的方法，其一般工藝過程如圖1-1所示：圖 1-1 熔融法制備玻璃陶瓷的工藝流程Fig.1-1 Process flow of glass-ceramic prepared by melting method配料稱量 混合研磨 高溫熔融 澆注成型晶化處理核化處理樣品加工退火處理

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文該種方法的特點：可以適用多種玻璃成型方法來成型制品，如吹制拉制，，澆筑等，適合成型形狀復(fù)雜，尺寸精密的制品，便于機械化、自動化1.1.5.2 燒結(jié)法對于熔融溫度偏高，熱處理時間較長的玻璃陶瓷體系，在熔融法不能的條件下，可以采用燒結(jié)法來制備。其工藝過程如圖 1-2 所示：配料稱量 混合研磨 高溫熔融 熔體水淬
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ171.733

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 肖卓豪;包啟富;羅文艷;王韞之;;高熱膨脹Na_2O-MgO-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃的制備及性能研究[J];人工晶體學(xué)報;2015年11期

2 馬壯;陶瑩;閆翠娟;李劍;李智超;;用粉煤灰制備玻璃/陶瓷復(fù)合涂層及其抗腐蝕磨損性能的探討[J];材料保護;2014年07期

3 黃鳳鳴;;氟硅酸鈉熱分解法生產(chǎn)氟化鈉工藝技術(shù)[J];無機鹽工業(yè);2013年12期

4 田英良;程金樹;郭現(xiàn)龍;張靜;邵艷麗;孫詩兵;;硅砂對高堿鋁硅酸鹽玻璃熔解特性的影響研究(英文)[J];玻璃與搪瓷;2012年02期

5 黃偉勝;;超低膨脹鋰鋁硅透明微晶玻璃的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J];中國陶瓷工業(yè);2011年05期

6 秦宗會;謝兵;劉艷;;氟含量測定方法綜述[J];中國西部科技;2010年21期

7 鄭偉宏;林墨洲;程金樹;湯李纓;;氟對鋰鋁硅系統(tǒng)玻璃結(jié)構(gòu)及析晶的影響[J];材料工程;2010年04期

8 郭興忠;張玲潔;楊輝;;含氟、磷乳濁玻璃的制備及特性[J];建筑材料學(xué)報;2010年02期

9 孫金坡;秦誠;國燕超;李娜;劉賀濤;張運喬;;大型乳白玻璃全電熔窯技術(shù)應(yīng)用與改造[J];玻璃與搪瓷;2009年06期

10 盧金山;董偉;;鋰鋁硅系透明微晶玻璃析晶動力學(xué)和熱處理工藝研究[J];南昌航空大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 胡芳芳;新型透明玻璃陶瓷的合成和光轉(zhuǎn)換的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

2 齊慶杰;煤中氟賦存形態(tài)、燃燒轉(zhuǎn)化與污染控制的基礎(chǔ)和試驗研究[D];浙江大學(xué);2002年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孟國慶;混合燒結(jié)法玻璃陶瓷的摩擦磨損及力學(xué)性能的研究[D];江南大學(xué);2015年

2 彭祖茂;氟化鋁和冰晶石的危險性評價與快捷測氟技術(shù)研究[D];北京化工大學(xué);2014年

3 梁洪銘;電渣重熔過程氟化物揮發(fā)機理研究[D];西安建筑科技大學(xué);2013年

4 梅宇釗;鈉鈣硅系高結(jié)晶度透明微晶玻璃制備與性能表征[D];中南大學(xué);2012年

5 陳俊英;硅砂顆粒度對玻璃熔制效果的研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

6 潘毓;稀土摻雜氟硅酸鹽玻璃陶瓷的制備及發(fā)光性能研究[D];浙江大學(xué);2010年

7 沈震雷;MgO-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃的制備及性能研究[D];中國海洋大學(xué);2009年

8 楊占峰;低氟環(huán)保乳濁玻璃的制備與研究[D];東華大學(xué);2008年

9 韓陳;含氟、磷Li_2O-Al_2O_3-SiO_2微晶玻璃的析晶機制研究[D];浙江大學(xué);2006年

10 曹明;微量氟對鋰鋁硅微晶玻璃析晶、結(jié)構(gòu)及性能的影響[D];浙江大學(xué);2005年

本文編號：2669849