以废玻璃为原料的泡沫玻璃的制备及性能探究

摘要

本课题以废玻璃为主要原料，分别采用滑石粉(主要成分为含水硅酸镁，分子式Mg3[Si4O10](OH)2）和SiC为发泡剂，以KNO3为发泡助剂，采用粉末烧结法成功制备出性能优异的水中浮质用泡沫玻璃制品，并对泡沫玻璃的着色原理进行了初步探究。实验研究了滑石粉的添加量、SiC微粉的粒径、KNO3添加量、着色剂种类及添加量对泡沫玻璃的微观结构和各项物理性能的影响。采用X射线荧光光谱(XRF)、XRD、SEM、万能材料试验机等分析测试手段对样品的化学组成、物相结构、微观形貌、抗压强度等进行表征，同时对样品的体积密度、气孔率、吸水率等进行了分析测定。
　　实验结果表明，以滑石粉为发泡剂，采用850℃的烧结温度，45min的保温时间时，2wt％的添加量即可获得0.38g/cm3的体积密度、84.8％的气孔率以及5.3％的吸水率，且抗压强度达到5.6MPa。
　　以0.5wt％SiC为发泡剂时，在925℃保温30min的条件下，随着SiC粒径从10μm减小到2.5μm，制品的体积密度从0.34g/cm3减至0.29g/cm3，吸水率最大不超过3.4％，且抗压强度不小于1.56MPa。
　　添加KNO3作为SiC发泡的助泡剂时，在925℃烧结温度下，0.5～1wt％的KNO3添加量就可以使制品的体积密度从0.34g/cm3减至0.29g/cm3，能够实现在更低的烧结工艺下(如925℃保温30min)获得比更高的烧结工艺(如950℃保温20min)还优异的体积密度和抗压强度。
　　试验还尝试了采用离子着色法制备彩色泡沫玻璃样品，揭示了玻璃基料、发泡剂、着色剂、烧结气氛等因素对泡沫玻璃显色效果的影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 泡沫玻璃概述

1．1．1 泡沫玻璃发展历史

1．1．2 泡沫玻璃产品及性能

1．2 可用于制备泡沫玻璃的废弃物原料

1．2．1 废平板玻璃

1．2．2 CRT玻璃

1．2．3 其他固体废弃物

1．3 发泡剂

1．3．1 热分解型发泡剂

1．3．2 氧化还原反应型发泡剂

1．4 添加剂

1．4．1 助熔剂

1．4．2 稳泡剂

1．4．3 促泡剂

1．5 影响发泡效果的原料和工艺因素

1．5．1 原始粉料和发泡剂的粒径

1．5．2 升温速率

1．5．3 发泡温度

1．5．4 保温时间

1．5．5 降温速率

1．6 泡沫玻璃研究热点及发展趋势

1．6．1 泡沫玻璃研究热点

1．6．2 泡沫玻璃产业发展趋势

1．7 课题的提出与研究内容

1．7．1 课题提出的目的及意义

1．7．2 研究内容

第二章 实验内容及表征方法

2．1 实验过程

2．1．1 实验原料及仪器设备

2．1．2 制备工艺及操作流程

2．2 表征方法

2．2．1 体积密度测定

2．2．2 气孔率的测定

2．2．3 吸水率的测定

2．2．4 抗压强度测定

2．2．5 示差扫描量热(DSC)和热重分析(TG)

2．2．6 X射线衍射分析(SEM)

2．2．7 扫描电子显微镜(SEM)

第三章 发泡剂种类及含量对泡沫玻璃结构和性能的影响

3．1 发泡剂滑石粉含量对泡沫玻璃结构及性能的影响

3．1．1 滑石粉含量对泡沫玻璃密度、气孔率及吸水率的影响

3．1．2 滑石粉含量对泡沫玻璃抗压强度的影响

3．1．3 滑石粉含量对泡沫玻璃微观结构的影响

3．1．4 滑石粉含量对泡沫玻璃的物相影响

3．2 发泡剂SiC粒径对泡沫玻璃结构及性能的影响

3．2．1 SiC粒径对泡沫玻璃密度、气孔率及吸水率的影响

3．2．2 SiC粒径对泡沫玻璃表观形貌的影响

3．2．3 SiC粒径对泡沫玻璃抗压强度的影响

3．2．4 SiC粒径对泡沫玻璃的物相影响

3．3 小结

第四章 添加剂种类及含量对泡沫玻璃结构和性能的影响

4．1 发泡助剂KNO3含量对泡沫玻璃结构和性能的影响

4．1．1 KNO3添加量对泡沫玻璃体积密度及气孔率的影响

4．1．2 KNO3添加量对泡沫玻璃抗压强度的影响

4．1．3 KNO3添加量对泡沫玻璃微观结构的影响

4．1．4 KNO3添加量对泡沫玻璃的物相影响

4．2 着色离子种类及含量对泡沫玻璃性能的影响

4．2．1 着色剂Fe2O3对彩色泡沫玻璃颜色的影响

4．2．2 着色剂CuO对彩色泡沫玻璃颜色的影响

4．2．3 钴蓝颜料对彩色泡沫玻璃颜色的影响

4．3 小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢