匿名申請書.doc

表二：項目類別項目編號南昌航空大學研究生創(chuàng)新專項資金項目（自然科學類）申 請 書 項目名稱：利用廢玻璃、粉煤灰制備多孔微晶玻璃及其隔熱性能研究注意：研究生創(chuàng)新基金項目申請書（表二）所填寫全部內容不得出現(xiàn)申請者及項目組成員的姓名及相關信息，否則，將視為形式審查不合格。簡 表課題名稱利用廢玻璃、粉煤灰制備多孔微晶玻璃及其隔熱性能研究主題詞廢玻璃、粉煤灰；多孔微晶玻璃；隔熱學科分類材料工程學研究類型B A.基礎研究 B.應用研究 C.綜合研究 D.其他研究項目負責人有關信息性別男民族漢出生日期1986.9.29主要參加者性別出生年月專業(yè)職務研究專長學歷學位工作單位男1969.10教授無機非金屬材料研究生博士南昌航空大學男1978.12講師數值模擬研究生博士南昌航空大學男1980.11講師材料性能評價研究生博士南昌航空大學摘要多孔微晶玻璃作為一種高性能無機非金屬材料，具有比表面積大，強度高，導熱系數低，耐腐蝕等諸多優(yōu)點，廣泛應用于建筑、石油、化工、國防等領域。傳統(tǒng)多孔微晶玻璃主要以碳酸鈣和炭黑作為主要發(fā)泡劑，通過控制廢玻璃的使用比例來調節(jié)堿金屬氧化物含量，制備相對繁瑣、耗能嚴重且其力學性能較差。本項目探索通過對廢玻璃和粉煤灰原料進行水熱處理，以此引入水分作為燒結時發(fā)泡劑，加入適量的成核劑，通過燒結制備出具有高強度、高性能的多孔微晶玻璃。研究了在不同水熱和燒結溫度下制備出的多孔微晶玻璃的孔隙率、抗彎性能、滲透性能和導熱性能，揭示了水熱和燒結條件對多孔微晶玻璃性能的影響，為研究具備高強度、多功能、高性能的多孔微晶玻璃提供理論支撐。主題詞多孔微晶玻璃；水熱處理；燒結一、項目的立論依據與研究內容（可附加頁）1. 項目的立論依據（列出主要參考文獻）當今新型材料層次不窮，但是多孔玻璃以其永久性、安全性、高可靠性，在低溫絕緣、防潮工程、吸聲等領域占據著越來越重要的地位1，從建筑領域來看，多孔玻璃用作墻體保溫材料，可以恒久保持隔熱性能，用于屋面保溫，還可以起到第二道防水作用。因此，在眾多隔熱保溫材料中，多孔玻璃是未來住宅最理想的節(jié)能環(huán)保型保溫材料之一，不僅適合建筑外墻、地下室的保溫，而且更適合屋面內墻、屋頂保溫和舊有住宅的節(jié)能改造2-3。國內外關于多孔微晶玻璃的制備過程，主要包括粉末燒結法、溶膠-凝結法、整體析晶法-酸浸法等4。粉末燒結法主要是指通過玻璃粉末之間產生顆粒粘結，然后經過物質遷移使粉末產生強度并導致致密和再結晶，其成型階段可以分為兩種情況：一種是將不同顆粒大小的玻璃粉加入粘結劑和發(fā)泡劑，混合均勻放入模具壓制成型，其中粘結劑和發(fā)泡劑在100-400分解揮發(fā)而形成一定量孔隙5，楊梅等4人通過使用水、硬脂酸和聚乙烯醇作為粘結劑和發(fā)泡劑制備出了多孔微晶玻璃，此方法可以通過控制粘結劑和發(fā)泡劑添加量來控制孔徑大小和孔率，但是制備出的多孔微晶玻璃強度較低；第二種是不加任何粘結劑和發(fā)泡劑，采用不同熱處理制度制得多孔微晶玻璃，此方法相對簡單，但是由于控制手段單一，制備所得的多孔微晶玻璃各方面性能較差。整體析晶-酸浸法是將熔制好的玻璃液加工成型后，對其進行熱處理使其整體析晶，由于生成的晶體可以溶于酸，所以將析晶后的玻璃酸浸、水洗便得到了多孔微晶玻璃，同濟大學的王德平6等已用此種方法研制了多孔磷酸鹽微晶玻璃，由于熱處理制度的確定是是多孔微晶玻璃生產的關鍵，因此此方法對于熱處理的控制較為苛刻。溶膠-凝膠法是以金屬有機或無機化合物溶液為原料，經水解、縮合反應生成溶膠，再固化為凝膠，最后經過熱處理制的氧化物或其它化合物固體材料的方法。Sepulveda等7采用發(fā)泡法制備出孔徑高達500um的大孔生物凝膠玻璃，該方法的制備溫度較傳統(tǒng)溫度較低，避免某些組分揮發(fā)，減少污染，但是其實成本較高且凝膠在燒結過程中易變形8。上述方法皆存在工藝繁瑣、耗能嚴重5、強度不高等若干問題，而僅通過水熱處理原料11-13，再加入少許輔助原料制備出具有微晶相的多孔玻璃卻鮮有報道。本項目中的多孔微晶玻璃是以碎玻璃、粉煤灰14-15為主要原料，經研磨、篩分后水熱處理，加入成核劑完成配料，然后將配合料壓塊處理后放入高溫電爐中，經熔融、發(fā)泡、析晶、退火等16-18工藝制成的多孔微晶玻璃材料。多孔微晶玻璃是不僅具有多孔玻璃的所有優(yōu)點，同時還解決了多孔玻璃機械強度不高和微晶玻璃造價過高、容重較大的缺點，使用其作為裝飾和墻體材料可大大降低建筑物的重量，提高建筑物的內在質量且降低建造成本.本項目將以碎玻璃、粉煤灰為原料，經球磨處理后通過水熱處理后再加入少量成核劑，按照一定的升溫制度制得多孔微晶玻璃，測試其相關性能，并對其影響因素進行分析。參考文獻： 1 顧永成.泡沫玻璃的制造與應用J.玻璃與搪瓷, 1994, 22(4):50-53.2 王鳳杰.新型節(jié)能建筑材料J.中國陶瓷, 2004, 10:17-19.3 田英良, 劉童杰.泡沫玻璃在建筑節(jié)能中的應用J.新型建筑材料, 2002, 6 :48-51.4 楊梅, 王立久.多孔微晶玻璃的制備、性能及用途J.材料導報, 2007, 21(9):418-420.5 張士華, 熊黨生.-磷酸三鈣多孔生物陶瓷的制備與表征J.南京理工大學學報, 2005, 29(2):231.6 王德平, 黃文日, 周萘.鈣鈦磷酸鹽微晶玻璃的過析晶作用及其熱力學分析J.無機材料學報, 2003, 18(6): 1169-1176.7 Lenza R.F.S, Vascocelos W.L, Jones J.R, et al.J master.SCIJ., 2002, (13):837.8 Jerzy.Past and present of sol-gel science and technology.Sol-gel, Sci Techn, 1997, (8):17.9 李金平, 楊付, 郭杏林.多孔微晶玻璃的燒結及彈性模量研究J.硅酸鹽學報, 1999, 27(3):370-375.10 蔣曉勇, 練國鋒, 張華, 等.微波加熱吹玻璃制備多孔輕質隔熱材料J.陶瓷學報, 2012, 33(2):198-202.11 Z.Matamoros-veloza, K.Yanagisawa, J.C.Rendon-angeles, et al.Preparation of porous hot pressed glass solid state Ionics, 2004, 172:596-600. 12 Kazumichi Yanagisawa, Ningzhong Bao, Liming Shen, et al. materials from glassesJ. Eurpean Ceramic Society, 2006, 26:761-765.13 Ying Du, Meiping Zhu, Zhan Sui, Kui Yi, et al.Porous antireflective coatings with controlled thickness and refractive index on glassJ.Non-Crystalline Solids, 2013, 363:26-31.14 王立久, 王偉, 曹明麗.泡沫玻璃微晶化研究進展J.玻璃與搪瓷, 2003, 31(2):56-59.15 吳義, 陳克榮.泡沫玻璃與微晶泡沫玻璃的研制J.南京大學學報, 1999, 35(3):374-378.16 周艷艷, 朱嬋媛, 李岳.熱處理對多孔玻璃孔徑的影響J.長春理工大學學報, 2009, 32(2):307-309.17 劉新年郭宏偉.多孔微晶玻璃的研制及性能J.中國陶瓷工業(yè), 2010, 17(4):31-34.18 黃光鋒, 盧安賢.多孔玻璃應用研究的新進展J.玻璃與搪瓷, 2006, 34(4):49-52.2. 項目的研究內容、研究目標和擬解決的關鍵問題對廢玻璃料、粉煤灰進行水熱處理，而后加入適量的氧化鈣完成配料，通過壓塊、燒結制得多孔微晶玻璃，其研究內容如下：（1）不同水熱條件和燒結條件對孔徑分布和孔徑大小的影響研究在不同溫度和不同時間水化處理對多孔微晶玻璃的孔徑分布和孔徑大小的影響；研究在不同溫度和不同時間燒結對多孔微晶玻璃的孔徑分布和孔徑大小的影響。（2）不同水化條件和燒結溫度對玻璃析晶效果的影響對不同溫度和時間下水熱處理后的原料進行分析，主要包括質量變化和能譜分析，研究不同溫度和時間下水熱處理后對玻璃析晶的影響。本項目研究目標：本項目通過對廢玻璃和粉煤灰進行水熱處理，達到脫堿和引水的目的，通過脫堿使得原料中堿金屬含量達到適當水平從而提高多孔微晶玻璃的抗彎強度，通過引入適當含量的水分使得在燒結過程中取代傳統(tǒng)使用的發(fā)泡劑。 擬解決的關鍵問題：對于隔熱用多孔微晶玻璃，由于其熱導性能和滲透性能都與其孔隙結構有重要聯(lián)系，而抗彎強度與微晶相的含量有重要關系，所以對于本項目而言，控制水熱程度和燒結程度至關重要，這也是我們要解決的兩個關鍵問題，具體而言，即(一)合適的水熱溫度和水熱時間，(二)合適的燒結溫度和燒結時間。3. 擬采用的研究方法、技術路線及可行性分析3.1研究方法及技術路線本項目技術路線如3-1圖所示，首先對廢玻璃料、粉煤灰進行水熱處理；對水熱處理后廢玻璃和粉煤灰進行分析;添加適量的氧化鈣并壓制成型;直接進行高溫燒結;對制備出的多孔微晶玻璃進行形貌分析，測試其孔隙率、滲透性能、抗彎性能和導熱性能。水熱處理廢玻璃、粉煤灰添加成核劑壓制成型燒結滲透性能力學性能導熱性能球磨處理形貌結構圖3-1項目技術路線3.2可行性分析研究表明，玻璃經水熱處理后的會在表面形成淋濾層和凝膠層，其相對疏松的結構會使少量的水吸附其中，而且水與玻璃中硅氧鍵反應而生成的硅醇鍵會在高溫下分解，從而釋放出水分子，當直接高溫燒結時，壓塊樣品由外及內熔化，而內部揮發(fā)的水蒸氣會在外部熔融的原料中產生許多微小氣泡，從而產生多孔結構，通過控制水熱和燒結程度來控制孔隙率和孔隙大?。粡U玻璃中含有高含量的堿金屬氧化物（Na2O+K2O約14%），程金樹等深入研究了Na2O對微晶玻璃燒結和析晶的影響，證實了其對微晶玻璃燒結具有促進作用，但當含量達到9%時，由于晶相含量的減少，使得晶相和玻璃咬合程度降低，導致抗彎強度降低，因此通過水熱處理降低堿金屬氧化物含量，從而燒結過程中得到適當比例的晶相和玻璃相，提高抗彎強度。4. 項目的創(chuàng)新之處通過對廢玻璃和粉煤灰進行化熱處理來達到脫堿和發(fā)泡目的，脫堿可以提高多孔微晶玻璃的抗彎強度，通過高溫促進水的揮發(fā)來替代傳統(tǒng)的炭黑和碳酸鈣作為發(fā)泡劑。5. 年度研究計劃、預期研究成果本研究課題計劃從2013年7月開始，到2014年6月結束，總體進度安排如下：（1）2013.07-2013.08 查閱總結相關文獻，細化試驗方案； (2) 2013.08-2013.12 具體實驗 （3）2013.12-2014.02 試驗總結 （4）2014.02-2014.05 撰寫論文并提交 （5）2014.06 完成驗收本研究課題預期研究成果如下： （1）提供符合技術性能指標的樣品； (2) 提供一套完整的制備技術工藝；（3）提交1-2篇學術論文（4）申請一項國家專利二、研究基礎與工作條件1. 與本項目有關的研究工作基礎我們已經系統(tǒng)研究了關于不同條件下水熱玻璃的反應機理，研究了利用廢玻璃和粉煤灰制造微晶玻璃的過程中，不同變量因素對于微晶玻璃燒結行為和組織結構的影響，得出了廢玻璃和粉煤灰的最佳比例，氧化鈣的最佳含量，以及最佳的原始顆粒尺寸等等。2. 近期已發(fā)表與本項目有關的主要論著目錄和科研成果名稱、獲獎情況（申請者和項目組主要成員的名字一律隱去，或用表示）XXX, XXX.MgF2含量對Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃組織和光學性能的影響.材料熱處理學報, 2013XXX, XXX.廢玻璃和粉煤灰制備微晶玻璃的快速燒結-晶化行為.材料熱處理學報, 2011XXX, XXX.利用廢料直接燒