微晶玻璃的组成设计方案

在微晶玻璃制备过程中，基础成分对主晶相的析出种类有直接影响。铁尾矿、硼泥和粉煤灰的成分复杂，其中，铁尾矿中SiO2质量分数较高，硼泥中MgO质量分数较高，而粉煤灰中CaO和Al2O3的质量分数相对较高。针对其成分特点，需综合考虑多种因素的影响。

（1）熔制特性

玻璃的熔制温度不能过高，一般不超过1 600℃。过高的温度将带来玻璃熔制和耐火材料的选择等问题。同时，玻璃液应具有足够的流动性，以便于在不高于1 500℃的温度下进行熔制和澄清。碱金属氧化物、碱土金属氧化物和氧化硼等均具有较好的助熔作用。适量的助熔剂可有效降低熔化温度，减少熔化和澄清的时间。

（2）化学稳定性

对微晶玻璃在各种条件下化学稳定性的研究具有重要意义。原始玻璃的化学组成强烈影响其化学稳定性，不同的析晶相以及剩余玻璃相，对水或其他试剂的相对化学稳定能力不同。大量碱金属氧化物的存在对微晶玻璃的化学稳定性不利。利用“混合碱效应”，引入两种以上的碱金属氧化物比用相同浓度的单一氧化物具有更大的化学稳定性。MgO、CaO和Al2O3能够增加玻璃的化学稳定性。少量B2O3也可以改善玻璃的化学稳定性，但过量的B2O3会降低玻璃相的耐火度，以致微晶玻璃在热处理中可能出现变形。

（3）析晶特性

合理的玻璃组分在一定的热处理制度下，可析出预期的晶体，获得所希望的微晶玻璃的性能。这要求玻璃在冷却和成型时要稳定，玻璃在热处理时易于析晶。碱金属氧化物和碱土金属氧化物等网络调整氧化物在玻璃网络结构中引入非桥氧离子，以替代和相邻硅氧四面体连接的桥氧离子，从而削弱玻璃的网络结构，促进玻璃析晶。(www.xing528.com)

图6.5为微晶玻璃的组成设计。本文结合微晶玻璃的熔制特性、化学稳定性和析晶特性，设计出12组成分。在玻璃熔制过程中发现，a组分在浇注成型过程中严重失透，b、c两组分在高温下黏度较大，不利于熔制澄清和后期成型，最终选取1～9号成分。

图6.5　微晶玻璃成分设计

表6.2为玻璃成型后的化学成分。由表6.2可知：随着粉煤灰配入量的增加，原料中CaO和Al2O3的质量分数逐渐升高；在粉煤灰配入量一定的情况下，随着硼泥配入量的增加，SiO2的质量分数逐渐降低，MgO和B2O3的质量分数逐渐升高。

表6.2　微晶玻璃的化学成分（质量分数，%）