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基本信息

項目名稱：
磷硅酸鹽玻璃自發(fā)析晶行為研究
小類：
能源化工
簡介：
微晶玻璃通常是基礎(chǔ)玻璃經(jīng)熱處理后獲得的，目前還未見利用熔體冷卻自發(fā)析晶來制備微晶玻璃的報道。本研究以磷硅酸鹽系統(tǒng)玻璃為研究對象，對化學(xué)組成與熔體流變和熱力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行研究，實現(xiàn)對自發(fā)析晶的晶體類型的精確控制；利用熔體粘度方程和假想溫度計算不同成型方法所對應(yīng)的熔體冷卻速度，實現(xiàn)晶體析晶度的精確控制。最終獲得利用玻璃熔體冷卻自發(fā)析晶的，同時晶體類型、析晶度和透明度可控的微晶玻璃材料。
詳細(xì)介紹：
透明微晶玻璃材料通常是基礎(chǔ)玻璃經(jīng)熱處理后獲得的，需要二次再加熱過程，如果析晶過程能夠在玻璃熔體冷卻時以可控的方式進(jìn)行，則會節(jié)約大量能源，但由于玻璃熔體冷卻時自發(fā)析晶行為對熔體性質(zhì)的依賴性尚不清楚，目前還未見這類利用熔體冷卻自發(fā)析晶來制備透明微晶玻璃的報道。本研究以磷硅酸鹽系統(tǒng)玻璃為研究對象，利用其易分相的特點使玻璃熔體產(chǎn)生強(qiáng)和弱兩種玻璃相，為其冷卻時弱玻璃相的析晶創(chuàng)造了條件。在此基礎(chǔ)上對化學(xué)組成與玻璃熔體流變和熱力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行研究，探索化學(xué)組成-流變/熱力學(xué)性能-晶體類型之間的相關(guān)性，實現(xiàn)對自發(fā)析晶的晶體類型的精確控制；利用熔體粘度方程和假想溫度計算不同成型方法所對應(yīng)的熔體冷卻速度，實現(xiàn)晶體析晶度的精確控制。最終獲得利用玻璃熔體冷卻自發(fā)析晶的，同時晶體類型、析晶度和透明度可控的透明微晶玻璃材料。

作品圖片

  • 磷硅酸鹽玻璃自發(fā)析晶行為研究

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

本研究以磷硅酸鹽系統(tǒng)玻璃熔體為研究對象，研究化學(xué)組成對玻璃熔體結(jié)構(gòu)的影響，探索熔體的流變/熱力學(xué)性能與晶體類型之間的規(guī)律，揭示熔體冷卻時自發(fā)析晶的機(jī)制，實現(xiàn)對晶體類型的精確控制；利用玻璃熔體的平衡粘度方程，以及假想溫度對熔體冷卻速度的依賴性推導(dǎo)出不同成型過程所對應(yīng)的熔體冷卻速度，揭示晶體析晶度與冷卻速度之間的相關(guān)性。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處

1）以P2O5代替氟化物，利用玻璃熔體冷卻自發(fā)分相/析晶來獲得新型無氟乳濁玻璃。 2）利用陽離子在熔體中的不同結(jié)合傾向，通過改變修飾體和中間體的種類和相對含量來調(diào)節(jié)玻璃熔體的流變性能、熱力學(xué)性能以及分相的程度，進(jìn)而調(diào)節(jié)晶體類型和玻璃制品乳濁程度。 3）定量計算了不同成型方法所對應(yīng)的熔體冷卻速度，確定了冷卻速度對乳濁玻璃析晶程度的影響，從而達(dá)到利用不同成型方法控制析晶程度以及乳濁效果的目的。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

本研究通過研究磷硅酸玻璃熔體的流變和熱力學(xué)性能對化學(xué)組成的依賴性，探索該系統(tǒng)玻璃的化學(xué)組成-流變/熱力學(xué)性能-晶體類型相關(guān)性的規(guī)律，實現(xiàn)對透明微晶玻璃晶體類型的精確控制；另外探索這類自發(fā)析晶透明微晶玻璃的冷卻速度的計算方法，獲得冷卻速度與析晶度的相關(guān)性。如果本研究獲得應(yīng)用，將會極大地豐富微晶玻璃制備方法的理論，具有深遠(yuǎn)的理論意義；同時也會產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

學(xué)術(shù)論文摘要

微晶玻璃通常是基礎(chǔ)玻璃經(jīng)熱處理后獲得的，如果析晶在玻璃熔體冷卻過程中以可控的方式進(jìn)行，則會節(jié)約大量能源，目前還未見這類自發(fā)析晶微晶玻璃的報道。本研究以磷硅酸鹽玻璃為研究對象，利用其易分相的特點對化學(xué)組成與玻璃熔體流變和熱力學(xué)性能的關(guān)系進(jìn)行研究，實現(xiàn)對晶體類型的精確控制；通過對不同成型方法所對應(yīng)的熔體冷卻速度的研究，實現(xiàn)析晶度的精確控制。最終獲得利用玻璃熔體冷卻自發(fā)析晶的微晶玻璃的制備技術(shù)。 結(jié)果表明：玻璃熔體經(jīng)澆鑄成型并在空氣中自然冷卻過程中析出了NaCaPO4晶體，用少量Li2O/MgO取代Na2O/CaO時，晶體類型不變，但析晶含量會發(fā)生較大變化，當(dāng)修飾體僅為Na2O和CaO時，得到的微晶玻璃是半透明的，而部分Na2O和CaO由Li2O或MgO取代后則變得不透明。另外，保持堿金屬氧化物種類不變，隨堿土金屬氧化物的相對含量R（R=MgO/CaO）增大，熔體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)出現(xiàn)了顯著變化，這反映在玻璃熔體的流變性能上，即隨R值增大，玻璃的高溫粘度相應(yīng)增大，且析晶起始溫度也相應(yīng)地降低。相應(yīng)地，玻璃熔體在空氣中自然冷卻后外觀由乳濁向透明過渡，晶體類型也由NaCaPO4變?yōu)镹aMgSO4。

獲獎情況

[1] 劉樹江, 高彬. 無氟硅酸鹽乳濁玻璃結(jié)構(gòu)和性能研究. 武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2009, 31(22): 141-143. [2] 劉樹江, 李廣榮, 沈建興. 磷硅酸鹽玻璃流變性能研究. 武漢理工大學(xué)學(xué)報, 2010, 32(22): 12-16. [3] 高彬, 劉樹江. R2O3 ( R =Al , B)對含磷硅酸鹽乳濁玻璃顯微結(jié)構(gòu)和熱膨脹行為的影響. 硅酸鹽通報, 2010, 29(1): 176-179. [4] Shujiang Liu, Guangrong Li, Yuanzheng Yue, et al. Effect of network modifiers on opalescence and crystallization behaviour of opal glasses. Glass Technol.: Eur. J. Glass Sci. Technol. A, 2011, 52(3): 67-72. [5] Shujiang Liu, Yanfei Zhang, Yuanzheng Yue. Effect of Mg-Ca substitution on the spontaneous crystallization behavior of phosphosilicate glasses. Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B, 2011, 52(3): 85-90.

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

密切相關(guān)文獻(xiàn)： 0 篇 相關(guān)文獻(xiàn)：8篇 [1] 郭興忠, 張玲潔, 楊輝. 含氟、磷乳濁玻璃的制備及特性, 建筑材料學(xué)報, 2010, 13: 2 [2] 顧永成. 鈰鈦著色象牙黃乳濁玻璃的研制, 江蘇陶瓷, 2009, 42: 3 [3] 顧永成. 不完全乳濁玉色玻璃的研制, 陶瓷學(xué)報, 2009：3: 26 [4] 王寧, 陳敏. Al2O3含量對氟化物乳濁玻璃微觀形貌的影響, 大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報, 1999, 18：3 [5]、陳緒娟. 低溫?zé)扇闈嵊缘难芯考叭闈釞C(jī)理探討, 武漢理工大學(xué)碩士論文，20080401 [6] Pekkan K, Karasu, B. Evaluation of borax solid wastes in production of frits suitable for fast single-fired wall tile opaque glass-ceramic glazes, Bulletin of Materials Science, 2010, 33(2): 135-144 [7] Bloomfield, M, Loeffen P W, Matousek P. Detection of concealed substances in sealed opaque plastic and coloured glass containers using SORS, Proc SPIE Int Soc Opt Eng, 2010, 7838: 783808 [8] Arletti R, Dalconi MC, Quartieri S. Roman coloured and opaque glass: A chemical and spectroscopic study, Applied Physics A: Materials Science and Processing, 2006, 83(2): 239 由文獻(xiàn)檢索可知，國內(nèi)外未見有與該查新課題研究內(nèi)容相同的文獻(xiàn)報道。

同類課題研究水平概述

玻璃熔體在冷卻過程能否析晶，以及晶體種類和析晶度的大小取決于內(nèi)因和外因兩方面因素，前者主要與玻璃的化學(xué)組成有關(guān)，不同組成的熔體會反映出不同的流變和熱力學(xué)性能，根據(jù)Angell模型，我們可以很方便地將不同熔體歸納到一個基礎(chǔ)上比較它們的“脆性”。對于強(qiáng)玻璃熔體而言，它具有強(qiáng)的化學(xué)鍵，其物理性質(zhì)在溫度變化時變化不劇烈，具有小的構(gòu)型比熱容；而弱玻璃熔體的局域結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)對溫度變化比較敏感，表現(xiàn)在玻璃轉(zhuǎn)變附近較大的比熱容差，通過比較可知弱玻璃熔體較強(qiáng)玻璃熔體更易析晶。對于外因，主要取決于玻璃熔體的熱歷史，其中冷卻速度是非常關(guān)鍵的因素，對于給定的化學(xué)組成，當(dāng)冷卻速度較大時，系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)點來不及重排就被“冷凍”下來，因此較難析晶，這也反映在較大的假想溫度上。已往關(guān)于冷卻速度的研究多集中在臨界冷卻速度上，另外對于快速冷卻方式（如拉制玻璃纖維時冷卻速度可達(dá)106K/s），很難直接用量熱法測得。到目前為止，還未見利用化學(xué)組成與流變和熱力學(xué)性能的相關(guān)性來判斷玻璃熔體析晶難易程度，以及通過調(diào)節(jié)冷卻速度來控制析晶度的報道。
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