CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的制備及性能研究*

潘文平 康 浩

(荔浦師范學(xué)校 廣西 桂林 541000)

前言

微晶玻璃(Glass-ceramic)又稱玻璃陶瓷，是由細(xì)小的晶相與玻璃相組成的質(zhì)地致密均勻的混合體[1～3]。微晶玻璃是在玻璃中加入一定量的成核劑，如銅、銀、二氧化鈦、二氧化鋯等，熔煉成形后進(jìn)行晶化處理，在加熱過程中通過控制晶化而制得的一類含有大量微晶相及玻璃相的多晶固體材料[4～7]。其具有硬度高、機(jī)械強(qiáng)度高、不透水、不透氣、介電性能優(yōu)異、熱穩(wěn)定性好、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，作為結(jié)構(gòu)材料、電絕緣材料、光學(xué)材料用于國(guó)防、交通、建筑、紡織等領(lǐng)域，可用作導(dǎo)彈頭部整流錐、高溫?zé)峤粨Q器、紡織機(jī)上的導(dǎo)紗桿、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)零件等[8～10]。

玻璃是一種非晶態(tài)固體，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，它是一種亞穩(wěn)態(tài)，較之晶態(tài)具有較高的內(nèi)能，在一定的條件下，可轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)[11～14]。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)看，玻璃熔體在冷卻過程中，粘度的快速增加抑制了晶核的形成和長(zhǎng)大，使其難以轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。微晶玻璃就是人們充分利用玻璃在熱力學(xué)上的有利條件而獲得的新材料。

微晶玻璃常用的制備方法有熔融法、燒結(jié)法、溶膠-凝膠法等多種工藝[15]。傳統(tǒng)的熔融法存在一定的局限性，燒結(jié)法制備微晶玻璃則不需要經(jīng)過玻璃形成階段，尤其適于極高溫熔制的玻璃及難以形成玻璃的微晶陶瓷的制備[16]。此外，它可以通過表面或界面晶化以形成微晶玻璃，而不必使用晶核劑，且燒結(jié)微晶玻璃可以按設(shè)計(jì)者要求任意組合配色，燒結(jié)微晶玻璃性能更為優(yōu)越[17]。因此，作為我國(guó)目前建筑裝飾用微晶玻璃的生產(chǎn)主要采用燒結(jié)法工藝。

雖然不同種類的微晶玻璃有各自不同的生產(chǎn)工藝，但微晶玻璃常用的生產(chǎn)工藝主要為整體析晶法和燒結(jié)法。整體析晶法是最早使用的方法[17～19]，現(xiàn)在仍然廣泛使用。其工藝過程是：玻璃的制備與成形，采用可控?zé)崽幚砉に囀共ＡШ嘶?、晶化，其工藝條件應(yīng)滿足玻璃在熔制及成形過程中不能析晶成形。燒結(jié)法制備微晶玻璃的工藝流程為：配料→熔制→淬冷→粉碎→成形→燒結(jié)。燒結(jié)法制備微晶玻璃的一個(gè)顯著特點(diǎn)是玻璃經(jīng)過淬冷后顆粒變小、表面積增大，通過表面或界面晶化而形成微晶玻璃，比壓延法制得的玻璃更易于晶化，不必使用晶核劑。目前研究較多的有硅灰石、堇青石、頑灰石等燒結(jié)微晶玻璃。此外，筆者在原料中加入CuO粉末作為著色劑，制出藍(lán)色微晶玻璃制品。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

本文主要是基于CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的研究。CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃的主晶相為β-硅灰石，屬于三斜晶系，通常呈針狀、枝柱狀。經(jīng)查閱大量文獻(xiàn)，擬定本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)玻璃的原料組成(所需原料均為化學(xué)純?cè)噭?，如表1所示。

表1 原料化學(xué)組成(質(zhì)量%)

1.2 主要儀器

GZX-9070MBE型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海六菱儀器廠；SXZ1600型箱式梯度電阻爐，上海六菱儀器廠；SMS-250型臺(tái)式磨片機(jī)，江都市新真威試驗(yàn)機(jī)械有限責(zé)任公司；ZSJ8411型電動(dòng)震篩機(jī)，江都市新真威試驗(yàn)機(jī)械有限責(zé)任公司；KM-10型快速研磨機(jī)，上海登杰機(jī)械有限公司；JSM-6360LV型掃描電鏡，上海登杰機(jī)械有限公司；WPT-10型微機(jī)電子萬能試驗(yàn)機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠；STA409PC型差熱分析儀，德國(guó)耐馳公司；HXD-1000TMC型顯微硬度計(jì)，德國(guó)耐馳公司。

1.3 微晶玻璃樣品的制備

1.3.1 基礎(chǔ)玻璃的制備

按表1中的化學(xué)組成精確計(jì)算出所需的氧化物或各種鹽的質(zhì)量后，用電子分析天平(準(zhǔn)確到萬分之一克)準(zhǔn)確地稱取各種化合物，然后將這些氧化物依次倒入器皿中，放入快速研磨機(jī)中進(jìn)行充分的研磨，使其混合均勻并使顆粒度變小，配制120 g配合料。將混合均勻的粉料置于200 mL陶瓷坩堝內(nèi)，并用柞壓平。然后放入箱式梯度電阻爐中以3 ℃/min的升溫速度升到1 400 ℃并保溫2 h，最后將熔化好的玻璃液倒入室溫的水中水淬急冷，再將水淬后的玻璃顆粒收集，并置于電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，在200 ℃下烘干，取出，最后置于研缽中研磨，得到0.5～5.0 mm的玻璃顆粒，收集顆粒存儲(chǔ)備用。所制備的基礎(chǔ)玻璃均勻透明，呈無色(見圖1)。取部分玻璃顆粒置于瑪瑙研缽中磨成玻璃粉(過180目篩)用于差熱分析。

圖1 制出的基礎(chǔ)玻璃

1.3.2 熱處理工藝制度的制定

微晶玻璃的制造工藝一般先制備基礎(chǔ)玻璃(見圖2)，然后在通過一定的熱處理工藝制度使基礎(chǔ)玻璃結(jié)晶化。玻璃在熱處理工藝中要先后經(jīng)歷分相、晶核形成、晶核長(zhǎng)大、二次結(jié)晶生長(zhǎng)等過程。制備方法根據(jù)熱處理工藝的不同可分為2種方法：

一種是二步法熱處理工藝。即基礎(chǔ)玻璃要經(jīng)歷核化和晶化2個(gè)階段，然后形成滿足性能要求的微晶玻璃。在二步法熱處理工藝中，核化和晶化溫度一般由差熱分析曲線來確定。核化溫度一般比玻璃軟化溫度高20～30 ℃，這主要是為了提高成核速度，如果核化溫度偏低，玻璃的粘度就會(huì)增大，粘度過大就會(huì)降低成核速度，所以核化溫度應(yīng)稍高于玻璃的軟化溫度；晶化溫度一般取晶體生長(zhǎng)的放熱峰溫度，此時(shí)，認(rèn)為晶體生長(zhǎng)速度最快。另外，保溫時(shí)間和升溫速率也有重要影響。核化保溫時(shí)間過短，沒有形成足夠的晶核，無論晶化時(shí)間多長(zhǎng)，都只能是表面晶化或部分晶化；核化時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使已形成的晶核長(zhǎng)大，晶核數(shù)目減少，從而造成最終晶體的粗大，使微晶玻璃的性能變差。已經(jīng)核化的玻璃要進(jìn)一步升溫，以使晶體生長(zhǎng)(升溫速率嚴(yán)格控制)。

另一種是一步法熱處理工藝。它是將基礎(chǔ)玻璃以一定的速率升到某溫度下(低于晶化溫度)，然后降低升溫速率，緩慢升溫至晶化溫度，保溫一定時(shí)間后冷卻，其特點(diǎn)是核化和晶化兩個(gè)過程同時(shí)進(jìn)行，其應(yīng)根據(jù)差熱分析曲線來確定。

差熱分析基本原理是：試樣在加熱或冷卻過程中產(chǎn)生熱變化導(dǎo)致試樣和參照物間產(chǎn)生了溫度差，這個(gè)溫度差由置于兩者中的熱電偶反應(yīng)出來。把已研磨好的且過180目篩的基礎(chǔ)玻璃粉末和參照物以10 ℃/min的升溫速率升到1 200 ℃，然后測(cè)定兩者的溫度差為零時(shí)所需要的熱量對(duì)溫度作圖。圖上曲線向下是吸熱反應(yīng)，向上是放熱反應(yīng)?；A(chǔ)玻璃粉末的差熱分析曲線如圖2所示。

圖2 差熱分析曲線

由圖2差熱分析曲線可以看出，核化峰和晶化峰比較明顯。采取二步法熱處理工藝，其玻璃制品軟化變形程度小，性能優(yōu)良。從圖2中還可看出：其放熱峰溫度為849.5 ℃左右，吸熱峰溫度為947.1 ℃左右。對(duì)于第1個(gè)試樣，采用如表2所示的熱處理制度：

表2 (1)號(hào)試樣的熱處理制度

對(duì)于第2個(gè)試樣，采用如表3所示熱處理制度：

表3 (2)號(hào)試樣的熱處理制度

對(duì)于第3個(gè)試樣，采用如表4所示的熱處理制度：

表4 (3)號(hào)試樣的熱處理制度

1.3.3 微晶玻璃的制備

微晶玻璃的制備就是將已制備好的粒度級(jí)別不一樣的玻璃顆粒裝入瓷舟中，用柞壓平。裝入前在底部加一層氧化鋁粉，這樣可以防止微晶玻璃樣品在晶化后與瓷舟粘結(jié)，使其易于脫模。玻璃顆粒的大小要注意，不能太大，也不能太小，太大了不易析晶，太小了析晶速度太快，影響成形后的美觀。將裝有玻璃顆粒的瓷舟放入箱式梯度電阻爐中進(jìn)行燒結(jié)晶化處理，每個(gè)試樣分別根據(jù)已制定好的熱處理制度(其中室溫到核化溫度之間的升溫速率均為5 ℃/min，核化溫度到晶化溫度之間的升溫速率均為2 ℃/min)進(jìn)行晶化熱處理，然后隨爐自然冷卻退火至室溫，從而制得微晶玻璃樣品。

將晶化后的微晶玻璃試樣進(jìn)行脫模，洗去表面的氧化鋁粉，然后在磨拋機(jī)上將各個(gè)面磨平，制得測(cè)試性能所需要的形狀。

所制得的微晶玻璃樣品如圖3所示。

試樣1 試樣2 試樣3

圖3微晶玻璃樣品

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微形貌觀察和能譜分析

SEM是一種有效的觀察樣品表面微觀形貌的手段，通過低真空掃描電鏡對(duì)基礎(chǔ)玻璃粉末和3個(gè)微晶玻璃試樣進(jìn)行觀察其表面形貌和能譜分析，觀測(cè)結(jié)果如圖4所示。

(a)1號(hào)試樣 (b)2號(hào)試樣 (c)3號(hào)試樣

圖4 SEM形貌(×500)

基礎(chǔ)玻璃粉末在500倍下SEM圖，玻璃相明顯居多，但也存在少數(shù)的晶相，而圖4(a)、4(b)、4(c)均為各微晶玻璃試樣在500倍下SEM圖，各個(gè)微晶玻璃試樣都含有不同數(shù)目的晶相，它們的結(jié)構(gòu)都是玻璃相和晶相相互交織的結(jié)構(gòu)，有的呈網(wǎng)絡(luò)狀、有的呈針狀排列。

圖5 微晶玻璃試樣的SEM形貌

圖5分別為實(shí)驗(yàn)中不同熱處理溫度，但保溫時(shí)間相同的3個(gè)試樣的SEM圖，其中圖5(a)、5(d)為1號(hào)試樣SEM形貌，核化溫度為800 ℃保溫時(shí)間為1 h，晶化溫度為1 000 ℃保溫時(shí)間為2 h；圖5(b)、5(e)為2號(hào)試樣SEM，核化溫度為850 ℃保溫時(shí)間為2 h，晶化溫度為1 020 ℃保溫時(shí)間為2 h；圖5(c)、5(f)為3號(hào)試樣SEM，核化溫度為1 000 ℃保溫時(shí)間為2 h，晶化溫度為1 200 ℃保溫時(shí)間為2 h。

從照片中可以看出，圖5(c)、5(f)由于晶化溫度偏高，所以晶體生長(zhǎng)過快，導(dǎo)致晶體數(shù)量減少，晶體尺寸偏大，以至于其力學(xué)性能較差；圖5(b)、5(e)則可以很明顯地看出，晶體數(shù)量較多，生長(zhǎng)均勻、細(xì)小，并且呈網(wǎng)絡(luò)狀交織在玻璃基體上，整體微晶化致密，是比較好的微晶化結(jié)果。通過性能測(cè)試，得知其密度也是3個(gè)試樣中最大的，其抗折強(qiáng)度也很高，這是因?yàn)榫w在玻璃顆粒界面和顆粒內(nèi)部同時(shí)析出并長(zhǎng)大，獲得了較高的結(jié)晶率；圖5(a)、5(d)的致密化程度相對(duì)2號(hào)試樣較低，晶體數(shù)量也較多，生長(zhǎng)比較均勻，晶體呈針狀，穿插在玻璃基體中，其力學(xué)性能也比較好。從圖5可以看出，CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)微晶玻璃試樣的結(jié)晶都十分充分，這與X射線分析結(jié)果是一致的。晶體的外形為塊柱狀的晶體, 晶體的生長(zhǎng)比較完整, 微觀結(jié)構(gòu)致密, 而且玻璃相和晶相是相互咬合存在的。這樣有利于提高材料本身的整體強(qiáng)度、耐磨性等。

2.2 能譜分析和元素分析

雖然3個(gè)試樣都是由同一基礎(chǔ)玻璃組成成分所制得，但是在經(jīng)過晶化熱處理后，通過能譜分析可知，它們的元素成分卻存在差異，這可能是因?yàn)橛幸恍┰谹l、Ca在晶粒表面富集或者是在燒制基礎(chǔ)玻璃時(shí)混合得不均勻，導(dǎo)致在有的部位元素成分不同，也可能使晶體析出的數(shù)目不一樣，具體組成如圖6、圖7、圖8所示。

圖6 1號(hào)試樣能譜分析

圖7 2號(hào)試樣能譜分析

圖8 3號(hào)試樣能譜分析

2.3 X射線衍射分析

圖9是微晶玻璃的X射線衍射(XRD)圖譜。

由圖9表明微晶玻璃主晶相為β-硅灰石。比較圖9中1#、2#、3#試樣可發(fā)現(xiàn)，樣品3#燒結(jié)溫度高，硅灰石晶體的衍射峰強(qiáng)度亦提高，說明有較多的硅灰石生成，晶體生長(zhǎng)較大。

2.4 機(jī)械性能分析

2.4.1 顯微硬度測(cè)試結(jié)果及分析

通過對(duì)3個(gè)試樣分別進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

表6 顯微硬度測(cè)試結(jié)果

從表6可以看出，在不同的熱處理制度下，試樣的顯微硬度均不同，其中以第二個(gè)試樣微晶玻璃的顯微硬度值最大。顯微硬度比普通玻璃的顯微強(qiáng)度明顯提高，主要是因?yàn)榻?jīng)過微晶化處理后的微晶玻璃，主晶相為β-硅灰石，它具有很高的硬度，故其構(gòu)成的材料其硬度也相應(yīng)提高，并且所得晶粒細(xì)小，均勻分布且相互交錯(cuò)排列，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，這對(duì)于力學(xué)性能的提高有至關(guān)重要的作用。

圖9為CaO-Al2O3-SiO2微晶玻璃試樣的X射線衍射譜。

圖9 CaO-Al2O3-SiO2 微晶玻璃試樣的X射線衍射譜

2.4.2 抗折強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果及分析

本實(shí)驗(yàn)中微晶玻璃試樣測(cè)定的是三點(diǎn)抗折強(qiáng)度，試樣微晶玻璃在受力面受到壓力作用，在受力的對(duì)面為拉力作用，當(dāng)其斷裂時(shí)首先從受力的對(duì)面斷裂，這表明實(shí)質(zhì)上微晶玻璃是受到拉力作用而破壞的，這與微晶玻璃材料的整體強(qiáng)度及微裂紋有關(guān)系。通過用三點(diǎn)彎曲法測(cè)試各個(gè)試樣微晶玻璃的抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 試樣的抗折強(qiáng)度值

1#試樣燒結(jié)后外觀比較粗糙，經(jīng)分析可能是燒結(jié)溫度偏低所致，將核化溫度由800 ℃提高到1 000 ℃晶化溫度由1 000 ℃提高到1 200 ℃，發(fā)現(xiàn)微晶玻璃表面變平整，但抗彎強(qiáng)度明顯下降，在第三次燒結(jié)過程將核化溫度提高到850 ℃，晶化溫度提高到1 020 ℃結(jié)果發(fā)現(xiàn)微晶玻璃表面比較平整，抗彎強(qiáng)度相對(duì)1#試樣基本沒變。

2.4.3 吸水率測(cè)試結(jié)果及分析

微晶玻璃吸水率必需很小，才能不用擔(dān)心凍結(jié)破壞以及有鐵銹、混凝土泥漿、灰色污染物滲透的危害，根除了石材泛堿的現(xiàn)象，附于表面的污物也很容易被擦洗干凈。通過進(jìn)行對(duì)試樣微晶玻璃吸水率的測(cè)定，結(jié)果如表8所示。

表8 吸水率測(cè)試結(jié)果

由表8測(cè)試結(jié)果可知，試樣微晶玻璃的平均吸水率為0.213%，其值還比較低，性能還算穩(wěn)定，但是查閱其他文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)得知，微晶玻璃的吸水率應(yīng)該很小?？赡苁窃嚇游⒕РＡг诰Щ療崽幚磉^程中產(chǎn)生的大量氣孔和凹坑導(dǎo)致其吸水率的提高。因此，為了保持微晶玻璃的性能穩(wěn)定，應(yīng)該盡可能的降低其氣孔率。

2.2.4 密度測(cè)試結(jié)果及分析

通過對(duì)試樣微晶玻璃密度的測(cè)定，其測(cè)試結(jié)果如表9所示。

表9 密度測(cè)試結(jié)果

由表9可知，微晶玻璃試樣的平均密度為2.67 g/cm3。試樣的致密化程度比較高。因?yàn)闊崽幚砗蟛Ａ龀隽司?，使其結(jié)構(gòu)的致密化程度變得更高，所以與基體玻璃相相比密度增大。由于基體玻璃熱處理后是玻璃相和晶相的混合物，所以它的密度不單單取決于玻璃本身的特點(diǎn)，晶相的特性和晶相與玻璃相的之間的比例都對(duì)密度有很大影響。CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的主晶相為β-硅灰石，且晶相所含比例較大，所以微晶玻璃試樣的密度接近于β-硅灰石的相對(duì)密度。

2.3 耐腐蝕性能

查閱大量文獻(xiàn)可知，微晶玻璃的耐酸和耐堿性比花崗石、大理石優(yōu)良，是一種化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良的無機(jī)材料，即使長(zhǎng)期暴露于風(fēng)雨及空氣中，也不產(chǎn)生變質(zhì)、褪色、強(qiáng)度降低等現(xiàn)象。將所制成的微晶玻璃樣品進(jìn)行耐酸堿腐蝕實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表10所示。

表10 微晶玻璃的耐酸和耐堿性

根據(jù)上述所得到的結(jié)果制備微晶玻璃樣品，將其分別在1%(摩爾濃度)硫酸溶液和氫氧化鈉溶液中浸泡24 h后，在100 ℃的烘箱中烘干，與腐蝕前的質(zhì)量比較，質(zhì)量變化微小，說明微晶玻璃有較好的耐化學(xué)侵蝕性能。

2.4 熱處理溫度對(duì)微晶玻璃性能的影響

在微晶玻璃的化學(xué)組成確定后，熱處理制度決定了晶化后玻璃的顯微結(jié)構(gòu)，從而影響微晶玻璃的性能。在前面描述中，保溫時(shí)間和升溫速率均相同，主要研究核化溫度和晶化溫度對(duì)微晶玻璃性能的影響。

核化溫度如果過低，成核量少，晶化后易形成數(shù)量較少但體積較大的粗晶結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致機(jī)械性能的下降。核化溫度過高對(duì)其性能也不利，如1#試樣和3#試樣，其核化溫度有點(diǎn)偏高，部分的晶體長(zhǎng)大導(dǎo)致玻璃粘度增大而不利于顆粒之間的燒結(jié)，也會(huì)影響試樣的機(jī)械性能。晶化溫度如果過低，會(huì)導(dǎo)致晶化不充分，晶化溫度過高(如1號(hào)試樣)，會(huì)形成粗晶結(jié)構(gòu)，使微晶玻璃致密度降低，從而影響機(jī)械性能。

最佳的熱處理溫度應(yīng)該既有利于晶核的大量形成，又便于晶體一定程度的生長(zhǎng)。2#試樣確定的熱處理溫度比較適宜。在此熱處理溫度制度下，隨著溫度的升高，晶核形成的速度和量增加，當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)(大約靠近玻璃的軟化點(diǎn)時(shí))，晶核不再大量形成，晶核便開始長(zhǎng)大。

在體積一定的情況下，晶核數(shù)目越多，供單個(gè)晶體長(zhǎng)大的空間就越小，晶體的生長(zhǎng)將受到抑制，很難長(zhǎng)大，于是晶體被細(xì)化，得到細(xì)晶結(jié)構(gòu)，且使玻璃盡可能晶化完全，并且生成的晶粒細(xì)小、分布均勻的交織排列，這樣就得到了具有良好性能的微晶玻璃。實(shí)驗(yàn)證明，2#試樣微晶玻璃的抗折強(qiáng)度和顯微硬度都很高，其他性能也比較高。所以選擇合適的熱處理溫度對(duì)于微晶玻璃的制備是非常關(guān)鍵的。

2.5 如何提高微晶玻璃的性能

將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和查閱相關(guān)資料得到的大理石、花崗巖的性能進(jìn)行比較，如表11所示。

表11 微晶玻璃與天然石材性能的比較

由表11可知，微晶玻璃的抗折強(qiáng)度是天然石材的7倍多，耐化學(xué)侵蝕性是天然石材的幾十倍甚至上百倍，其顯微硬度及其他性能也比天然石材優(yōu)越，明顯得到提高。唯一不足之處就是吸水率提高得不多，這可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)所制得的微晶玻璃存在大量的氣孔所致。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，如何降低氣孔率對(duì)提高微晶玻璃性能有重要意義。燒結(jié)法微晶玻璃裝飾板材是利用一定基礎(chǔ)組分、一定粒度的玻璃顆粒燒結(jié)析晶而成，在其生產(chǎn)過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生氣孔。氣孔是燒結(jié)法微晶玻璃裝飾板材中機(jī)械強(qiáng)度的薄弱點(diǎn)。一般情況下沿氣孔會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，同時(shí)微細(xì)裂紋也容易從氣孔周圍產(chǎn)生，所以氣孔容易被磨損形成凹坑，從而影響微晶玻璃的性能。

“氣泡”作為燒結(jié)法微晶玻璃裝飾板材的主要缺陷，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。正表面經(jīng)研磨、拋光的微晶玻璃板材上，往往會(huì)帶有一些孤立的氣孔，在研磨之前這些氣孔是以封閉的小氣泡存在。為提高微晶玻璃的性能，氣孔的排除是非常必要的，下面幾點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)以及查閱有關(guān)資料而得出的氣孔主要產(chǎn)生的階段及其排除方法：

1)燒結(jié)過程是消除和減少氣泡的重要階段。這是因?yàn)樵谶@階段如果玻璃融化不完全，就會(huì)殘存有未排除之氣泡，在二次燒結(jié)過程中膨脹形成。提高燒結(jié)溫度和采用玻璃顆粒密堆積鋪料有利于燒結(jié)過程中氣泡的排除。

2)玻璃料水淬及淬碎料處理過程中混入的吸附水及雜質(zhì)所為。所以在水淬過程中一定要注意避免雜質(zhì)的混入。

3)晶化制度對(duì)氣孔的消除與產(chǎn)生有重要影響。晶化溫度一定要適當(dāng)，必須根據(jù)不同物料，確定最佳晶化溫度，否則也容易產(chǎn)生氣孔。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)以CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃為研究對(duì)象，采用燒結(jié)法制備微晶玻璃，通過調(diào)整晶化熱處理制度，制備出了性能較好的微晶玻璃。

燒結(jié)法制備微晶玻璃就是要獲得結(jié)構(gòu)致密，機(jī)械強(qiáng)度高，表面光滑平整，無燒結(jié)氣孔的產(chǎn)品。在燒結(jié)及析晶過程中，燒結(jié)中的快速收縮及氣孔的排除，是燒結(jié)體結(jié)構(gòu)致密的關(guān)鍵，而析晶過程中硅灰石晶體的析出則是高機(jī)械強(qiáng)度的保證，高溫下玻璃體具有足夠的流動(dòng)度。使其表面攤平是微晶玻璃表面光滑平整的前提。

通過整個(gè)實(shí)驗(yàn)來看，可以得出以下結(jié)論：

1)微晶玻璃試樣的抗折強(qiáng)度高達(dá)106.97 MPa，是天然石材的7倍多，耐化學(xué)侵蝕性(其中耐酸性為0.07%，耐堿性為0.021%)是天然石材的幾十倍甚至上百倍，其顯微硬度及其他性能也比天然石材優(yōu)越，物理性能明顯得到提高。

2)通過實(shí)驗(yàn)得出微晶玻璃的較佳熱處理工藝制度為：核化溫度為850 ℃，保溫時(shí)間為2 h；晶化溫度為1 020 ℃，保溫時(shí)間為2 h。在此熱處理制度下所得到的微晶玻璃試樣微晶化程度高，顯微硬度大，抗折強(qiáng)度高，具有良好的性能。

3)基礎(chǔ)玻璃的組成成分對(duì)微晶玻璃的性能也有很大的影響，選擇合適的組成成分有助于提高微晶玻璃的性能。

4)微晶玻璃試樣的不足之處是剛剛燒出的微晶玻璃表面不是很平整，由于硬度較大，磨平拋光非常困難。所以選擇合適的核化、晶化溫度是解決此問題的關(guān)鍵。