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硼硅酸盐泡沫玻璃发泡剂与添加剂的研究

成慧杰  
【摘要】: 用粉末烧结法制备了硼硅酸盐泡沫玻璃,研究了发泡剂与添加剂对气孔结构和性能的影响。 通过改变发泡剂的种类与含量,考察了试样气孔结构的变化、试样的析晶性,测试了热膨胀系数、耐酸性、体积密度、吸水率等性能。实验结果表明:含SiO_278%质量比的硼硅酸盐泡沫玻璃,当以C作为发泡剂,Sb_2O_3作为供氧剂,C质量比为0.9%、Sb_2O_3质量比为8.1%时,试样中气孔数量多、气孔大小分布较均匀、多数为圆形,且闭气孔居多;泡沫玻璃体积密度为0.5g/cm3,吸水率为0.4%,平均热膨胀系数为9.22×10-6/℃;在0.1mol/L的稀硫酸中做耐酸腐蚀性实验,试样的质量先有微量增加而后保持不变,表现出了优良的耐酸腐蚀性。当以C和CaCO_3共同作为发泡剂时,试样中的气孔随发泡剂的含量变化不大,圆形孔与闭气孔较多;但气孔率不高、孔壁较厚。此种泡沫玻璃的平均热膨胀系数为8.79×10-6/℃,体积密度为0.8g/cm3,吸水率为0.5%,试样的耐酸腐蚀性较好。 调整硼酸与添加剂碳酸钾及碳酸钠的相对含量,研究了Ф=(M2O-Al2O3)/B2O3(M=Na, K)(摩尔比)这一比率对硼硅酸盐泡沫玻璃的结构与性能的影响。结果表明:随着Ф的变化,硼硅酸盐泡沫玻璃的气孔结构变化较大。当Ф=1时,试样中的气孔具有最好的结构,大小均一的圆形气孔均匀地分布于整个试样中,孔壁很薄,几乎没有开口气孔。当Ф在1附近时,气孔的结构与Ф=1时差别不大,但会出现少量连通孔,当偏离Ф=1较大时,试样的气孔结构开始变得杂乱无章,开口气孔占多数。另外,Ф=1的试样具有很低的热膨胀系数:2.69×10-6/℃,其体积密度为0.3g/cm3,吸水率为0.01%,而且其耐酸腐蚀性很好,在0.1mol/L的稀硫酸中浸泡,其质量没有变化。通过核磁共振分析,试样中形成了四面体[SiO_4]、[AlO_4]和[BO_4],其共同构成致密的网络结构,使硼硅酸盐泡沫玻璃的结构与性能均变好。 实验还尝试了采用TiO_2和ZnO作为添加剂制备硼硅酸盐泡沫玻璃。结果表明:添加质量比8%TiO_2后,试样的气孔结构较好,析晶较没加入TiO2时有所增加;添加ZnO后,试样的气孔结构变得杂乱无章,形成很多大的连通气孔。


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