低溫快燒微晶玻璃裝飾板材

樊婧，魏曉麗，沈毅，元廣杰

( 1. 華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063000；2. 邢臺(tái)晶玉微晶板材有限公司，河北 邢臺(tái) 054000)

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低溫快燒微晶玻璃裝飾板材

樊婧1，魏曉麗1，沈毅1，元廣杰2

( 1. 華北理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北 唐山 063000；2. 邢臺(tái)晶玉微晶板材有限公司，河北 邢臺(tái) 054000)

微晶玻璃；低溫快燒；建筑材料

通過調(diào)整配方，實(shí)現(xiàn)了微晶玻璃裝飾板材在1 060 ℃下的低溫快燒，并對(duì)其主晶相進(jìn)行了分析，將其性能與天然大理石和花崗巖進(jìn)行了對(duì)比。

微晶玻璃是具有特定組成的基礎(chǔ)玻璃在一定溫度下控制結(jié)晶而制得的晶粒細(xì)小并均勻分布于玻璃體中的多晶復(fù)合材料[1]。與玻璃、陶瓷相比較，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均不相同。微晶玻璃的性質(zhì)是由其中的結(jié)晶相礦物組成與玻璃的化學(xué)組成及其數(shù)量決定的[2]。因此，它集中了玻璃、陶瓷兩者的特點(diǎn)，故又稱之為玻璃陶瓷或結(jié)晶化玻璃[3]。作為一種較常見的微晶玻璃，燒結(jié)微晶玻璃裝飾板材在我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但在生產(chǎn)工藝和市場(chǎng)方面仍存在著一些問題，制約著產(chǎn)品的推廣和發(fā)展。目前燒結(jié)法制備微晶玻璃的燒結(jié)溫度較高(1 100 ℃～1 200 ℃)，燒結(jié)時(shí)間很長(zhǎng)，一般高溫保溫時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí)[4]，燒結(jié)周期長(zhǎng)且能耗很大，為了提高生產(chǎn)效率，則需要降低燒結(jié)溫度，減少保溫時(shí)間[5]。該項(xiàng)研究通過調(diào)整配方，實(shí)現(xiàn)了微晶玻璃裝飾板材在1 060 ℃下的低溫快燒，并對(duì)其主晶相進(jìn)行了分析，將其性能與天然大理石和花崗巖進(jìn)行了對(duì)比。

1 試驗(yàn)

以2個(gè)微晶玻璃組成配方A(表1)和組成配方B(表2)為基礎(chǔ)，通過改變根據(jù)這2種配方配制的配合料C和D的比例，在最短的時(shí)間內(nèi)獲得滿意的配方。

表1 微晶玻璃配方A組成(%)

表2 微晶玻璃配方B組成(%)

首先按表1計(jì)算并稱取各種原料，然后再稱取一定比例的著色劑CuO和Cr2O3，并一起加入研磨罐干混6 h得到配合料C。按表2以同樣加工方式得到配合料D。

分別以1：2、2：3、1：1、3：2的比例稱取C、D 2種配合料，充分混合均勻后用高溫箱式電阻爐分別在1 500 ℃熔融并保溫1.5 h后水淬，依次將它們編號(hào)為：1#、2#、3#和4#。

表3 各標(biāo)號(hào)樣品的配比

分別將裝有1#、2#、3#和4#樣品的模具(200 mm×200 mm)放入電爐中，以300 ℃/h的升溫速率從室溫升至1 060 ℃后保溫40 min，然后隨電爐一起冷卻至室溫。

表4 各種微晶試樣特征

表4為1#、2#、3#和4#微晶玻璃試樣的特征，經(jīng)對(duì)比可知，3#微晶玻璃試樣最為接近試驗(yàn)預(yù)期效果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 物相分析

采用BDX-3200型X-ray衍射儀對(duì)3#微晶玻璃試樣進(jìn)行X-ray衍射分析，圖1為射線衍射圖譜。

圖1 3#微晶玻璃試樣的X射線衍射圖譜

由圖1可知，3#微晶玻璃試樣的主晶相為β-硅灰石和鈣長(zhǎng)石。從衍射峰強(qiáng)度可知，微晶玻璃試樣中存在大量的玻璃相，這有利于增加玻璃的透光率和對(duì)玻璃制品進(jìn)行彎曲加工。

采用S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)3#微晶玻璃試樣進(jìn)行測(cè)定，圖2為3#微晶玻璃試樣的SEM微觀結(jié)構(gòu)照片。

圖2(A)為晶體結(jié)構(gòu)全貌照片，圖2(B)為玻璃顆粒的內(nèi)部晶相照片，圖2(C)為玻璃顆粒的界面及界面附近晶相照片，圖2(D)為纖維狀晶相區(qū)域與不規(guī)則塊狀晶體區(qū)域相交界區(qū)域照片。

A 晶體結(jié)構(gòu)全貌照片 B 內(nèi)部晶相照片

C 顆粒界面及界面附近晶相照片 D 纖維狀晶相與塊狀晶體交界區(qū)域照片

通過進(jìn)行SEM 觀察，可知3#微晶玻璃試樣的主晶相為針狀硅灰石，該晶體呈樹枝狀分布在玻璃相中，且晶體數(shù)量?jī)H占玻璃總量的很少比例[6]。

2.2 試樣性能測(cè)定

對(duì)3#微晶玻璃試樣的各項(xiàng)性能進(jìn)行分析測(cè)定，表5為3#微晶玻璃試樣與天然大理石和天然花崗巖的性能對(duì)比[7]。

表5 微晶玻璃試樣與天然石材的性能對(duì)比

通過對(duì)試樣測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比可知，微晶玻璃的比密度大于天然石材，結(jié)構(gòu)致密組織均勻[8]；彎曲強(qiáng)度是天然石材的3倍多；抗壓強(qiáng)度以及硬度明顯高于天然石材，具有良好的耐磨抗壓性能[9]；熱膨脹系數(shù)極低，吸水率幾乎為零，具有不吸水、抗凍和獨(dú)特的耐污染性能，且材料尺寸穩(wěn)定性較好[10]。

3 結(jié)論

(1)通過調(diào)整微晶玻璃的配方組成，可以實(shí)現(xiàn)低溫快燒的目的，可使微晶玻璃裝飾板材的熱處理溫度降至1 060 ℃，并可使保溫時(shí)間縮短至40 min。

(2)微晶玻璃試樣配方組分不同，結(jié)晶程度不同。

(3)微晶玻璃各項(xiàng)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于天然石材，并可廣泛應(yīng)用于建筑裝飾板材。

[1]程金樹，李宏，湯李纓，等. 微晶玻璃[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[2]彭長(zhǎng)浩. 利用廢玻璃和粉煤灰制備建筑微晶玻璃及其性能研究[D]. 江西:南昌航空大學(xué)，2012.

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[11]呂長(zhǎng)征，彭剛，楊華明. 尾礦制備微晶玻璃的研究進(jìn)展[N]. 硅酸鹽通報(bào)，2014-09-33 (9).

Low Temperature Fast Firing Glass-ceramic Dalle

FAN Jing1, WEI Xiao-li1, SHEN Yi1, YUAN Guang-jie2

(1.College of Material Science and Engineering, North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009, China;2.Xingtai Jingyu Glass Panels Limited Company, Xingtai Hebei 054000, China)

glass-ceramic; low temperature fast firing; building material

The formulas of glass-ceramics were adjusted and achieved low temperature fast firing under 1 060 ℃. The main crystaline phases of glass-ceramics were analyzed, and material properties were compared with natural marble and granite.

2095-2716(2016)01-0078-04

2015-07-05

2015-11-16

TQ171.73+3

A