微晶玻璃制备与应用

　　微晶玻璃作为一种结构特殊的新型无机非金属材料，其应用领域越来越广，但是目前系统论述微晶玻璃的书籍很少，特别是系统研究利用尾矿、矿渣为主要原料制备微晶玻璃的书籍就更显缺乏。本书根据作者二十多年的教学和科研实践，依据国内外在该领域的研究成果与动态，充分论述了微晶玻璃的理论知识、制备原理、生产工艺、质量控制，对微晶玻璃的组成、结构、性能及其应用做了深入、系统的阐述，本书内容全面，深入浅出，理论联系实际，全面反映了该领域国内外研究的新成果，具有很强的实用性。本书可供从事微晶玻璃材料研究的科研人员参考，可作为高等院校相关专业的教学参考书，也可供矿业企业、冶金企业的管理与技术人员研读，选择相应的产品进行产业转型与升级。

　　何峰，武汉理工大学材料科学与工程学院，无机非金属材料系主任、教授，玻璃科学与技术研究所所长，兼硅酸盐建筑材料国家重点实验室教授，中国硅酸盐协会玻璃分会理事。以微晶玻璃材料为主要研究领域，在国内外期刊上已经发表论文40余篇，授权专利20余项。长期从事玻璃、微晶玻璃和建筑陶瓷材料研究，具有坚实而系统的理论基础和专业知识，以及丰富的实践经验。作为我国建筑装饰微晶玻璃材料发展的重要奠基人之一，利用烧结动力学理论，很好地解决了板面致命缺陷“气孔”的重大难题。带领研究团队成功地研发出我国第1座微晶玻璃熔化窑和第1条连续高性能高产量微晶玻璃晶化窑。为我国建筑装饰微晶玻璃的发展作了许多基础性与创新性的研究工作，由此所形成的“建筑装饰微晶玻璃成套生产技术及产业化”项目获2010年度湖北省科学技术进步一等奖。通过产学研合作，以建筑陶瓷生产过程中的节能减排为研究目标，通过有关装备与节能燃烧关键技术的研究与开发，取得多项具有自主知识产权的成果，推动了行业技术进步。由此形成的“高性能陶瓷窑炉成套技术与产业化产业化”项目获2011年度湖北省科学技术进步一等奖。近5年，承担与参与科学研究与工程研发，参加国家自然科学基金项目3项；主持“十一五”国家科技支撑计划项目子课题1项、“十二五”国家科技支撑计划项目子课题2项、湖北省重大科技攻关项目各1项。参与编写专著与教材4部。

第1章 晶体与玻璃态 1
1．1晶体形成的一般方法2
1．1．1由气相直接结晶3
1．1．2由液相结晶3
1．1．3从固体转变为晶体5
1．1．4单晶、多晶与微晶玻璃8
1．2玻璃形成9
1．2．1玻璃形成的热力学理论9
1．2．2玻璃形成的动力学理论11
参考文献15
第2章 玻璃的结构及性能 17
2．1玻璃的定义与结构学说18
2．1．1玻璃的定义18
2．1．2玻璃的结构学说18
2．1．3玻璃的结构因素与性质20
2．2玻璃态的通性21
2．2．1各向同性22
2．2．2介稳性22
2．2．3无固定熔点22
2．2．4性质变化的连续性和可逆性22
2．2．5玻璃的组成与结构22
2．3氧化物玻璃的形成24
2．3．1一元系统玻璃生成24
2．3．2二元系统玻璃生成25
2．3．3硅酸盐玻璃26
2．3．4硼酸盐玻璃29
2．3．5磷酸盐玻璃32
2．4玻璃熔体的黏度34
2．4．1熔体结构-聚合物理论34
2．4．2玻璃的黏度的定义与参考点36
2．4．3影响玻璃的黏度因素37
2．5玻璃的表面张力39
2．5．1玻璃表面张力的物理与工艺意义39
2．5．2玻璃表面张力与组成及温度的关系39
2．5．3玻璃表面张力的利用40
2．6玻璃的密度41
2．6．1影响玻璃密度的主要因素41
2．6．2密度在生产控制上的应用43
2．7玻璃的力学性能43
2．7．1玻璃的理论强度和实际强度43
2．7．2玻璃的硬度和脆性45
2．8玻璃的热学性能45
2．8．1玻璃的热膨胀系数45
2．8．2影响玻璃热膨胀系数的主要因素46
2．9玻璃的化学稳定性49
2．9．1玻璃表面的侵蚀机理49
2．9．2影响玻璃化学稳定性的主要因素51
2．10玻璃的光学性能52
2．10．1玻璃的折射率52
2．10．2玻璃的光学常数54
2．10．3玻璃的着色54
参考文献58
第3章 玻璃的相变与析晶 59
3．1玻璃相变60
3．1．1两种相变结构及机理62
3．1．2二元系统玻璃相变63
3．1．3三元系统玻璃相变64
3．1．4玻璃相变原因66
3．1．5相变对玻璃性能的影响67
3．2玻璃析晶70
3．2．1成核过程70
3．2．2晶体生长74
3．2．3影响玻璃析晶的因素76
3．3微晶玻璃的显微结构80
3．3．1孤岛状微晶结构81
3．3．2颗粒状微晶结构81
3．3．3纤维状微晶结构82
3．3．4树枝状微晶结构82
3．3．5云母片状微晶结构83
3．3．6多孔膜微晶结构84
3．3．7纳米微晶结构85
3．3．8块柱状微晶结构85
3．3．9花瓣状微晶结构86
3．4微晶玻璃的析晶能力判断方法86
3．4．1析晶能力判断方法的原理86
3．4．2玻璃析晶能力判断方法87
3．5微晶玻璃的电镜研究89
3．5．1扫描电镜和EPMA显微分析89
3．5．2微晶玻璃的透射电镜研究92
参考文献106
第4章 微晶玻璃制备工艺过程 110
4．1原料111
4．1．1主要原料111
4．1．2着色剂121
4．2微晶玻璃的制备工艺122
4．2．1微晶玻璃的压延法制备122
4．2．2微晶玻璃的压制法制备124
4．2．3微晶玻璃的浇铸法制备126
4．2．4微晶玻璃的烧结法制备128
4．2．5微晶玻璃的浮法制备135
4．3微晶玻璃的缺陷及质量控制138
4．3．1CaO-Al2O3-SiO2系统烧结法微晶玻璃的缺陷与控制139
4．3．2透明微晶玻璃的缺陷与控制146
参考文献149
第5章 尾矿与矿渣微晶玻璃体系 151
5．1尾矿与矿渣微晶玻璃概述152
5．1．1概述152
5．1．2微晶玻璃的分类153
5．2适用于矿渣微晶玻璃制备基础体系154
5．2．1CaO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃155
5．2．2MgO-Al2O3-SiO2系统微晶玻璃158
5．2．3Na2O-CaO-SiO2系统微晶玻璃166
5．3尾矿与矿渣微晶玻璃的基础组分设计166
5．3．1尾矿与矿渣的组分特点166
5．3．2尾矿与矿渣基础组分的改性167
参考文献169
第6章 尾矿微晶玻璃 170
6．1金矿尾矿微晶玻璃171
6．1．1烧结法制备金矿尾矿微晶玻璃171
6．1．2熔融浇铸法制备金矿尾矿微晶玻璃177
6．2铜矿尾矿微晶玻璃180
6．2．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备181
6．2．2熔融浇铸法铜矿尾矿微晶玻璃的结构与性能182
6．3钼矿尾矿微晶玻璃185
6．3．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备185
6．3．2熔融浇铸法钼矿尾矿微晶玻璃的结构与性能187
6．4铁矿尾矿微晶玻璃192
6．4．1熔融浇铸法制备铁矿尾矿微晶玻璃193
6．4．2烧结法制备铁矿尾矿微晶玻璃198
6．5钽铌尾矿微晶玻璃199
6．5．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备199
6．5．2Al2O3对玻璃颗粒的起始烧结和起始析晶的影响200
6．5．3烧结法钽铌尾矿微晶玻璃的结构与性能201
6．6钨矿尾矿微晶玻璃202
6．6．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备202
6．6．2熔融法钨矿尾矿微晶玻璃的结构与性能203
6．7高岭土尾矿微晶玻璃204
6．7．1烧结法制备高岭土尾矿装饰微晶玻璃205
6．7．2高岭土尾矿低温烧结微晶玻璃207
6．8花岗岩尾矿微晶玻璃209
6．8．1烧结法制备花岗岩尾矿微晶玻璃210
6．8．2熔融法制备花岗岩尾矿微晶玻璃214
6．9石棉尾矿微晶玻璃219
6．9．1烧结法制备石棉矿尾矿微晶玻璃220
6．9．2熔融浇铸法制备石棉矿尾矿微晶玻璃223
参考文献225
第7章 矿渣微晶玻璃 226
7．1矿渣微晶玻璃的发展227
7．2钢渣微晶玻璃228
7．2．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备229
7．2．2熔融浇铸法钢渣微晶玻璃的结构与性能230
7．3高炉渣微晶玻璃233
7．3．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备234
7．3．2高炉水渣微晶玻璃热处理制度的确定235
7．3．3浇铸法高炉水渣微晶玻璃的结构与性能235
7．4钛渣微晶玻璃239
7．4．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备239
7．4．2高炉钛渣微晶玻璃的结构与性能241
7．5铬渣微晶玻璃242
7．5．1基础玻璃的组分设计、玻璃与微晶玻璃的制备242
7．5．2铬渣微晶玻璃的结构与性能243
7．6磷渣微晶玻璃245
7．6．1烧结法制备磷渣微晶玻璃246
7．6．2浇铸法制备磷渣微晶玻璃249
7．7粉煤灰微晶玻璃252
7．7．1烧结法粉煤灰微晶玻璃253
7．7．2浇铸法制备粉煤灰微晶玻璃255
参考文献257