微晶玻璃热处理条件的确定方法.pdf

本发明公开了一种微晶玻璃热处理条件的确定方法，即利用热流分析曲线上晶化峰面积对温度的曲线图来确定最佳核化温度和核化时间，利用X射线衍射分析来确定最佳的晶化温度和晶化时间；本发明方法与现有的确定微晶玻璃的热处理制度的方法相比，具有更科学，更精确，更直观的优点，为微晶玻璃研究、开发、生产提供了理论依据和参考性。

1.  一种微晶玻璃热处理条件的确定方法，即利用热流分析曲线上晶化峰面积对温度的曲线图来确定最佳核化温度和核化时间，利用X射线衍射分析来确定最佳的晶化温度和晶化时间；其特征在于：
所述最佳核化温度和核化时间的确定方法是：将基础玻璃进行热分析得到热流曲线；根据热流曲线得到核化峰温度T_c，将基础玻璃分别在T_c-20℃、T_c-10℃、T_c、T_c+10℃、T_c+20℃温度下核化1h，得到各相应温度下核化过的玻璃；对核化后的玻璃再进行热分析得到热流曲线，取热流分析曲线上晶化峰作为研究对象，选定晶化峰的基线，做出累积晶化峰的面积对温度的曲线图；在所述曲线图中，累积晶化峰面积开始上升的温度为开始析晶的温度，累积晶化峰的面积大小表示样品析出晶体的多少，选开始析晶温度最低、累积晶化峰面积最大时所对应样品的核化温度即为测定样品最佳核化温度；再将基础玻璃在T_c-10℃温度下分别核化0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h，得到同一温度核化不同时间的核化玻璃；对核化后的玻璃再进行热分析得到热流曲线，取热流分析曲线上晶化峰作为研究对象，选定晶化峰的基线，做出累积晶化峰的面积对温度的曲线图；在所述曲线图中，选开始析晶温度最低、累积晶化峰面积最大时所对应样品的核化时间即为测定样品最佳核化时间；
所述最佳的晶化温度和晶化时间的确定方法是：将基础玻璃进行热分析得到热流曲线，根据基础玻璃的热流曲线得到晶化峰温度T_g，并将基础玻璃在上述的最佳核化温度和最佳核化时间下核化，得到核化玻璃；将核化过的玻璃分别在T_g-30℃、T_g-20℃、T_g-10℃、T_g、T_g+20℃温度下晶化2h，得到各相应温度下晶化过的玻璃；将晶化过的玻璃做X射线衍射分析得到XRD曲线，所述XRD曲线上的衍射峰越强，表明样品中析出的晶体越多，选XRD曲线上具有最大衍射峰时所对应样品的晶化温度即为测定样品最佳晶化温度；再将核化过的玻璃在T_g温度下分别晶化0.5h、1.0h、2.0h、3.0h、4.0h，得到同一温度晶化不同时间的晶化玻璃；将晶化过的玻璃做X射线衍射分析得到XRD曲线，选XRD曲线上具有最大衍射峰时所对应样品的晶化时间即为测定样品最佳晶化时间；
其中：上述热分析的条件为：样品磨碎并过100目筛，每个样品取9.5mg进行差热分析，以10℃/min的升温速率由室温升至1000℃，参比物为Al₂O₃，样品净化流为100ml/min的高纯氮气；
上述X射线衍射分析条件为：样品磨碎过100目筛；Cu靶；管压40KV，管流35mA；连续扫描，扫描速度，2θ4°/分。

微晶玻璃热处理条件的确定方法
技术领域
本发明涉及微晶玻璃制备中热处理条件的确定方法，尤其涉及微晶玻璃热处理制度中核化温度、核化时间、晶化温度和晶化时间的确定方法。
背景技术
微晶玻璃是通过控制玻璃的晶化而制得的一类多晶材料，它介于玻璃与晶体之间，因而具有许多特殊的性能，诸如：优良的耐腐蚀性、耐磨性、不导电、比重轻、能与金属材料进行无缝焊接等，因此在机械工程及建筑材料领域得到了广泛的应用。
微晶玻璃的制备过程包括基础玻璃的形成和热处理两个过程，基础玻璃的热处理又分为核化和晶化两个过程。为了确定核化和晶化的温度，通常需对基础玻璃进行热分析，微晶玻璃的成核过程是吸热过程，而晶化过程是放热过程，以塔曼曲线显示，玻璃成核和结晶都有一个温度分布，在热流分析曲线上呈现出吸热峰和放热峰。一般来说，基础玻璃热流曲线上晶化放热峰比较明显，而核化吸热峰并不明显或者是呈一个温度分布带。目前确定晶化温度一般取晶化峰的峰值温度，而核化温度根据经验取低于晶化峰温度100℃左右的温度，核化和晶化的时间根据经验来确定，大部分资料提示：核化时间和晶化时间都取2小时。
由于热分析过程是以一定的升温速率进行的，被分析对象的热效应存在滞后的现象，因此基础玻璃热分析中晶化峰峰值温度并不一定是晶体生长的最佳温度，其最佳温度应该低于晶化峰温度，所以现有的用晶化峰温度作为晶化温度并不科学，传统的核化温度、核化时间、晶化时间的确定也缺乏理论依据。为了制得性能优良又有特殊用途的微晶玻璃，迫切需要一种能够更加明确的确定微晶玻璃热处理条件的方法。
发明内容
针对现有技术不足，本发明在现有技术的基础上进行改进，提出了一种确定微晶玻璃热处理制度的方法，即微晶玻璃热处理制度中核化温度、核化时间、晶化温度和晶化时间的确定方法，使更有理论依据和参考性。
本发明所述的微晶玻璃热处理条件的确定方法，主要利用热流分析曲线上晶化峰面积对温度的曲线图来确定最佳核化温度和核化时间，利用X射线衍射分析来确定最佳的晶化温度和晶化时间；其特征在于：
所述最佳核化温度和核化时间的确定方法是：将基础玻璃进行热分析得到热流曲线；根据热流曲线得到核化峰温度T_c，将基础玻璃分别在T_c-20℃、T_c-10℃、T_c、T_c+10℃、T_c+20℃温度下核化1h，得到各相应温度下核化过的玻璃；对核化后的玻璃再进行热分析得到热流曲线，取热流分析曲线上晶化峰作为研究对象，选定晶化峰的基线，做出累积晶化峰的面积对温度的曲线图；在所述曲线图中，累积晶化峰面积开始上升的温度为开始析晶的温度，累积晶化峰的面积大小表示样品析出晶体的多少，选开始析晶温度最低、累积晶化峰面积最大时所对应样品的核化温度即为测定样品最佳核化温度；再将基础玻璃在T_c-10℃温度下分别核化0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h，得到同一温度核化不同时间的核化玻璃；对核化后的玻璃再进行热分析得到热流曲线，取热流分析曲线上晶化峰作为研究对象，选定晶化峰的基线，做出累积晶化峰的面积对温度的曲线图；在所述曲线图中，选开始析晶温度最低、累积晶化峰面积最大时所对应样品的核化时间即为测定样品最佳核化时间。
所述最佳的晶化温度和晶化时间的确定方法是：将基础玻璃进行热分析得到热流曲线，根据基础玻璃的热流曲线得到晶化峰温度T_g，并将基础玻璃在上述的最佳核化温度和最佳核化时间下核化，得到核化玻璃；将核化过的玻璃分别在T_g-30℃、T_g-20℃、T_g-10℃、T_g、T_g+20℃温度下晶化2h，得到各相应温度下晶化过的玻璃；将晶化过的玻璃做X射线衍射分析得到XRD曲线，所述XRD曲线上的衍射峰越强，表明样品中析出的晶体越多，选XRD曲线上具有最大衍射峰时所对应样品的晶化温度即为测定样品最佳晶化温度；再将核化过的玻璃在T_g温度下分别晶化0.5h、1.0h、2.0h、3.0h、4.0h，得到同一温度晶化不同时间的晶化玻璃；将晶化过的玻璃做X射线衍射分析得到XRD曲线，选XRD曲线上具有最大衍射峰时所对应样品的晶化时间即为测定样品最佳晶化时间。
其中：上述热分析的条件为：样品磨碎并过100目筛，每个样品取9.5mg进行差热分析，以10℃/min的升温速率由室温升至1000℃，参比物为Al₂O₃，样品净化流为100ml/min的高纯氮气；
上述X射线衍射分析条件为：样品磨碎过100目筛；Cu靶；管压40KV，管流35mA；连续扫描，扫描速度，2θ4°/分。
利用本发明所述的微晶玻璃热处理条件的确定方法，在热流分析曲线上累积晶化峰面积对温度的曲线图中，累积晶化峰面积开始上升的温度为开始析晶的温度，累积晶化峰的面积大小表示样品析出晶体的多少；从累积晶化峰的面积对温度的曲线图中可以直观的看出样品开始析晶的温度，样品析出晶体的多少；利用晶化峰面积对温度的曲线确定核化温度和核化时间具有直观性和科学性的特点；微晶玻璃样品XDR曲线上衍射峰的峰位置表明了析出晶体的类型，衍射峰的强弱表明样品中析出晶体的多少，衍射峰越强表明样品中析出的晶体越多，对在不同条件下晶化后样品的XRD曲线作比较，可以清楚的观察出，不同晶化条件的样品其衍射峰的强弱，因此利用XRD曲线能够直观的确定最佳晶化条件。
本发明方法与现有的确定微晶玻璃的热处理制度的方法相比，具有更科学，更精确，更直观的优点，为微晶玻璃研究、开发、生产提供了理论依据和参考性。
附图说明
图1是基础玻璃热流曲线。
图2是不同核化温度下处理过的玻璃样品的差热曲线上累积晶化峰的面积对温度的曲线图。
图3是不同核化时间下处理过的玻璃样品的差热曲线上累积晶化峰的面积对温度的曲线图。
图4是在不同晶化温度下处理过的微晶玻璃样品的XRD曲线。
图5是在不同晶化时间下处理过的微晶玻璃样品的XRD曲线。
具体实施方式
以铬渣微晶玻璃作为研究对象，进行如下实验及分析：
由图1基础玻璃热流曲线上核化吸热峰的温度分布，分别选择在740℃、750℃、760℃、770℃、780℃温度下，将基础玻璃核化1h，将核化过的玻璃磨碎过100目筛后做热分析，以热流曲线晶化峰的累积面积对温度作图2，由图2可以看出，在740℃、750℃、760℃下核化后的基础玻璃升温过程中，开始析晶的温度在870℃左右，最终析晶峰的面积分别为400J/g、350J/g、200J/g，在770℃、780℃下核化的基础玻璃起始析晶温度在890℃左右，最终析晶峰面积分别为275J/g、300J/g。在750℃核化后的基础玻璃在热分析的升温过程中晶化峰的累积面积始终大于其它温度下核化后的玻璃，并且其最终晶化峰的面积最大，即在750℃核化后的基础玻璃在热处理过程中最容易析出晶体并且析出的晶体最多，因此选定750℃为最佳的核化温度。
将基础玻璃在750℃温度下分别核化0.5h、1.0h、1.5h、2.0h、2.5h，核化后的玻璃磨碎过100目筛后做热分析，以热流曲线上晶化峰的累积面积对温度作图3，由图3可以看出，从总体趋势上看，核化时间越长，起始析晶温度越低。随着核化时间的增长，最终晶化峰的面积变小，这可能是因为在核化温度下保持较长时间使得基础玻璃发生了部分晶化，因此热分析过程中发生晶化的基础玻璃相对减少了，在热流曲线上表现为晶化峰面积较小。为了得到较纯正的晶体，在核化过程中尽量控制基础玻璃不结晶；由图3看出，核化1h的样品在热流曲线上晶化峰面积最大，因此选定1h作为基础玻璃的最佳核化时间。
图1基础玻璃热流曲线上晶化放热峰的温度分布在880℃～940℃之间，因此将在750 ℃核化1h的基础玻璃分别在880℃、890℃、900℃、920℃、940℃晶化2h，将晶化过的玻璃磨碎过100目筛后做X射线衍射分析，得到图4的XRD曲线，由图4可以看出，随着晶化温度由880℃升高到920℃，X射线衍射峰的强度逐渐增大，晶化峰的温度升至940℃时，X射线衍射峰的强度又变小，这是因为析晶峰温度接近920℃，此时样品的结晶速度最快，结晶率高，晶化程度好，微晶玻璃的强度和化学稳定性相应提高，因此确定920℃为最佳晶化温度。
将在750℃核化1h的基础玻璃在920℃分别晶化0.5h、1.0h、2.0h、3.0h、4.0h。将晶化过的玻璃磨碎过100目筛后做X射线衍射分析，得到图5的XRD曲线，由图5可以看出，当晶化时间由0.5h增加到2h时，样品的XRD曲线上的的衍射峰强度逐渐增大；晶化时间由2h增加到4h，样品XRD曲线上的衍射峰的强度又逐渐减弱。说明晶化2h的样品晶体含量最多，结晶最充分，因此选定2h为最佳的晶化时间。
综上所述，实验所用玻璃的最佳热处理制度是750℃核化1h，920℃晶化2h。核化时间和核化温度采用累积晶化峰的面积对温度的曲线来确定，能够直观的看出微晶玻璃的开始析晶温度，析晶快慢和最终析出晶体的多少，与传统的热处理条件的确定方法相比，具有更加科学和直观的特点。晶化温度和晶化时间采用样品X衍射分析曲线上衍射峰的强弱来确定，传统的方法或直接采用晶化峰峰值温度或由样品的硬度、抗弯折度来确定晶化条件，相比来说，本发明方法的依据是样品内部的晶体多少和晶体结构，更加科学。