废玻璃烧结多孔微晶玻璃的制备、气孔结构及其物性研究

摘要

多孔微晶玻璃是由无机非晶材料热处理得到的含有闭合孔或连通孔微晶材料，其性能取决于气孔、晶相和非晶相比例与结构，具有密度低、比表面积大、导热系数小、强度高、阻尼性能好等优异性能。利用废玻璃生产多孔微晶玻璃，不仅解决了废玻璃规模化利用，而且显著降低多孔微晶玻璃生产成本，简化生产工艺，具有显著经济和环保效益。
　　本文以废玻璃粉为原料，采用低温烧结-高温发泡新型烧结工艺，优选发泡剂和烧结助剂，系统研究烧结工艺制度、发泡剂组成对气孔结构、晶相组成、表观密度、压缩强度和导热性能等影响规律，制备出轻质、孔径均匀可控、高强度多孔微晶玻璃及其复合板。
　　发泡剂组份研究表明，以CaCO3为发泡剂时，随CaCO3含量增加，多孔微晶玻璃表观密度与抗压强度都是先减小后增大，孔隙率则与之相反，晶相为单一硅灰石结构，结晶度增大。CaCO3和SiC为复合发泡剂时，CaCO3降低SiC氧化温度，提高SiC氧化速率；SiC提高多孔微晶玻璃孔隙率，降低表观密度，提高硅灰石含量。纳米SiC使表观密度增大，孔隙率降低，气孔尺寸减小。多孔微晶玻璃导热系数随CaCO3含量增大而减小，导热系数为0.096～0.139 W/m·K。使用复合发泡剂时，随SiC含量增大，抗压强度与表观密度成正比，为0.7～4.7 MPa。
　　烧结-发泡工艺实验表明，以CaCO3为发泡剂时，随烧结温度升高和时间延长，多孔微晶玻璃表观密度呈下降趋势，孔隙率增大。随发泡温度升高和时间延长，表观密度减小，平均孔径和孔隙率增大。多孔微晶玻璃抗压强度与表观密度呈直线正比关系，抗压强度为0.35～4.98 MPa。一次烧成多孔微晶玻璃复合板的关键在于调节釉料层原料成分，使其烧结和晶化温度处于多孔微晶玻璃低温烧结-高温发泡温度区间。
　　发泡机理研究表明，废玻璃粉体在800?C下出现致密烧结，800～900?C之间出现气孔形核和长大，与本文工艺设计思路一致。这种低温烧结-高温发泡不仅适合废玻璃生产多孔微晶玻璃，对于其他固体废渣回收利用也具有参考价值。

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第1章 绪 论

1.1 废玻璃概述

1.2 多孔材料概述

1.3 多孔微晶玻璃概述

1.4 本论文的研究目的和意义

1.5 本论文的研究内容和技术路线

第2章 实验材料及实验方法

2.1 实验原料

2.2 实验仪器和设备

2.3 原料预处理

2.4 实验工艺

2.5 实验方法

第3章 发泡剂对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

3.1 发泡剂热分析

3.2 CaCO3含量对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

3.3 复合发泡剂中SiC对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

3.4 复合发泡剂中CaCO3含量对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

3.5 复合发泡剂含量对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

3.6 本章小结

第4章 热处理工艺对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

4.1 烧结温度对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

4.2 烧结时间对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

4.3 发泡温度对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

4.4 发泡时间对多孔微晶玻璃结构和性能的影响

4.5 多孔微晶玻璃复合板的制备及市场分析

4.6 本章小结

第5章 多孔微晶玻璃的低温烧结-高温发泡机理分析

5.1 低温烧结-高温发泡工艺与传统烧结工艺

5.2 气泡核形成

5.3 气泡长大

5.4 气泡固化定型

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及专利

致谢

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