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硼硅酸盐泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃的研究

涂欣  
【摘要】:随着科学技术的发展,现代建筑对材料要求的不断提高,泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃作为一种新兴的节能环保型建筑材料得到广泛的关注。硼泥是利用碳碱法生产硼砂产生的废弃物,每生产1t硼砂要排放出4t左右硼泥。废玻璃也是排放量较大的工业废料之一,以硼泥和废玻璃为主要原料制备泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃不仅成本低而且有助于环境保护。 与普通钠钙硅泡沫玻璃相比,硼硅酸盐泡沫玻璃具有更突出的特性,例如较强的耐酸碱腐蚀性、抗水解性等。硼硅酸盐微晶泡沫玻璃继承了泡沫玻璃轻质、耐酸碱腐蚀性强的特点,又综合了微晶玻璃机械强度高、使用温度范围宽的优点,广泛应用于中高温管道、吸声、防潮、防火等领域,具有良好的应用前景。 本课题以废玻璃和脱镁硼泥为主要原料,选用MnO_2为发泡剂、Na_2SiF_6为助熔剂、Na3PO4为稳泡剂,以ZrO_2、TiO_2为晶核剂,采用粉末烧结法制备硼硅酸盐泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃。首先,对泡沫玻璃的组成进行优化设计,确定基础原材料脱镁硼泥和废玻璃的最佳质量比和添加剂的最佳掺量。再用正交试验方法确定最佳工艺参数。在优化条件下制备出泡沫玻璃的基础上,选择适宜的晶核剂种类和掺量,通过微晶化处理制备微晶泡沫玻璃,采用正交试验方法确定其最佳热处理制度。利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)等现代测试手段,对硼硅酸盐泡沫玻璃和微晶泡沫玻璃的结构和性能进行研究,测试试样的表观密度、吸水率、抗压强度、耐酸腐蚀性等性能。 泡沫玻璃制备试验结果表明,废玻璃和硼泥的最佳配比为8:2,发泡剂MnO_2掺量为4%~6%,助熔剂Na_2SiF_6掺量为4%~5%,稳泡剂Na3PO4掺量为1%~2%。通过DSC-TG确定泡沫玻璃的发泡温度范围为1000℃~1200℃。通过正交试验设计确定制备泡沫玻璃最佳工艺参数为MnO_2为6%,发泡温度为1150℃,发泡时间为30min。经性能测试其表观密度812kg/m3,抗压强度10.5 MPa,吸水率0.31%,导热系数0.18w/m·k。 微晶泡沫玻璃制备试验结果表明,加入3% ZrO_2晶核剂时效果较为显著。通过DSC-TG确定微晶泡沫玻璃的核化温度范围为910℃~920℃,晶化温度范围为1060℃~1080℃。微晶泡沫玻璃的最佳热处理制度为:以4℃/min升温至核化温度915℃,核化保温60min,然后以5℃/min升温至晶化温度1080℃,晶化保温60min,最后随炉冷却。在优化条件下制备的微晶泡沫玻璃的气孔孔径为1~3mm,经XRD衍射分析表明微晶泡沫玻璃中存在透辉石和硅灰石晶相,经性能测试其表观密度912kg/m~3,抗压强度19.6 MPa,吸水率0.23%,导热系数0.24w/m·k,在0.1mol/L的稀硫酸中浸泡14d后质量仅增加0.05%。,说明该材料具有轻质高强、吸水率小、导热系数低和耐酸性强等特点。


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