Nb2O5对白云鄂博西尾矿微晶玻璃结构与性能的影响

摘要

白云鄂博尾矿和粉煤灰等硅酸盐质废弃物富含Si、Al、Ca等玻璃形成氧化物，可将其作为原料制备出兼具高机械强度，高耐磨性和高耐腐蚀性的辉石系微晶玻璃，广泛用于建筑、机械和化工行业。氧化铌(Nb2O5)是白云鄂博尾矿中重要的共伴生金属氧化物。由于缺少经济提取手段，在以白云鄂博尾矿为原料制备辉石基微晶玻璃材料，实现其高值化利用过程中，Nb2O5将不可避免地进入所制备微晶玻璃材料中，成为影响最终性能的因素之一。然而，在辉石系微晶玻璃中，还鲜有相关研究报道Nb2O5在其中的作用机理。
　　所以本文将白云鄂博尾矿和粉煤灰作为配方中主要成分，分别采用熔融法和烧结法制备了添加0～4wt.% Nb2O5的透辉石基矿渣微晶玻璃，利用DTA、XRD、SEM、Raman、综合力学性能测试和精密阻抗分析等测试手段，研究了不同Nb2O5含量对其显微结构、力学性能和介电特性的影响机理。最终结果表明：
　　采用熔融工艺制备微晶玻璃：Nb2O5主要以Ca2Nb2O7第二相的形式存在于透辉石基微晶玻璃样品中。随着Nb2O5含量的增加，辉石相微晶玻璃样品的整体结晶度提高，显微形貌逐渐从菊花状转变成圆角岛状，平均晶粒尺寸下降。样品的力学性能在整体上有所优化。其中，Nb2O5含量为2wt.%时的Nb2样品综合性能最佳：密度3.164g/cm3、抗折强度236.1±26.56MPa、弹性模量128.92GPa、硬度7.24±0.06GPa、热膨胀系数8.77×10-6。样品的介电常数随着Nb2O5含量的增加而增加，介电损耗下降，室温下频率为1MHz时，样品的介电常数在10.80～11.35间变化，介电损耗低于0.02；频率在10MHz附近，样品的介电常数和介电损耗出现极大值，有明显的反常弥散区出现，表现出具有松弛极化的电介质的明显特征。
　　采用烧结法制备微晶玻璃：Nb2O5仍然以Ca2Nb2O7第二相的形式以块状结构富集于主晶相间。随着Nb2O5含量的提高，样品结晶程度下降，显微形貌整体呈现出球状晶的特征。样品的硬度随着Nb2O5含量的提高呈现先上升后下降的趋势，N2最高达6.92GPa。介电常数整体随Nb2O5含量增加有所下降，介电损耗略微增加，室温下1MHz处样品的介电常数可在3.47～9.94范围内变化，介电损耗在0.23～0.04间变化。随着频率的增加，10MHz附近仍有明显的反常弥散区出现，说明所研究材料是比较典型的极性电介质材料。

目录

声明

1绪论

1.1引言

1.2尾矿微晶玻璃研究现状

1.3 微晶玻璃介电性能研究现状

1.4氧化铌对陶瓷/微晶玻璃结构性能的影响

1.5本课题的研究内容

1.6研究目的及意义

2实验原料及研究方法

2.1实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验过程

2.4 性能检测

3 熔融法制备氧化铌掺杂尾矿微晶玻璃

3.1玻璃配方设计

3.2 热处理工艺确定

3.3 物相分析

3.4 拉曼光谱分析

3.5 显微结构分析

3.6物理性能分析

3.7介电性能分析

3.8本章小结

4 烧结法制备氧化铌掺杂尾矿微晶玻璃

4.1烧结法组分的选择

4.2最优烧结工艺的确定

4.3物相分析

4.4显微形貌分析

4.5硬度分析

4.6介电性能分析

4.7本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢