XRD在微晶玻璃方面的應(yīng)用詳解

1、華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 2010年10月28日XRD在微晶玻璃方面的應(yīng)用（華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣州）摘要：本文通過綜述了X射線衍射在微晶玻璃方面的應(yīng)用，突出了XRD在微晶玻璃領(lǐng)域的重要性和有效性。關(guān)鍵字：X射線衍射；微晶玻璃；應(yīng)用Abstract：ThisarticlethroughsummarizedtheX-raydiffractionintheglassceramicsaspectapplication,hashighlightedXRDintheglassceramicsdomainimportanceandthevalidity.Keywords：theX-ray

2、diffraction，glassceramics，application0引言微晶玻璃,又名玻璃陶瓷,是將加有成核劑（個別也可不加）的特定組成的基礎(chǔ)玻璃,經(jīng)熱處理工藝后所得的微晶體和玻璃體均勻分布的復(fù)合材料。微晶玻璃兼有玻璃和陶瓷的優(yōu)點,具有許多常規(guī)材料難以達(dá)到的優(yōu)異性能。它采用一種與普通玻璃相近的制造工藝,但其特性卻與玻璃迥然不同。玻璃是一種具有無規(guī)則結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)固體,從熱力學(xué)觀點出發(fā),它是一種亞穩(wěn)態(tài)。與結(jié)晶態(tài)相比,它具有較高的內(nèi)能,在一定的條件下可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶態(tài)。從動力學(xué)觀點出發(fā),玻璃熔體在冷卻過程中,粘度的快速增加抑制了晶核形成和長大,使玻璃體來不及轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶體。微晶玻璃就是人們充分利

3、用玻璃在熱力學(xué)上的有利條件,而又克服了它在動力學(xué)上的不利條件而獲得的新型材料1】2010年10月28日微晶玻璃的機械強度高、耐磨耐腐蝕、抗氧化性好、電絕緣性能優(yōu)良、熱膨脹系數(shù)可調(diào),因而被廣泛地應(yīng)用于國防、航天、電子電力、建筑裝飾和生物醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域【20-22】。但由于微晶玻璃的組成有很大的選擇范圍,而且即使組成相同,而采用不同的晶核劑或者不同的熱處理制度,所制成的微晶玻璃在性能上也存在著很大的差異【1】。了解微晶玻璃的結(jié)構(gòu)和性能，對于微晶玻璃的使用方向有著重要的影響。本文通過綜述XRD在微晶玻璃各個領(lǐng)域的運用，初步了解到，利用XRD來鑒定微晶玻璃的晶相及其含量，可以判斷在不同的機理下，析出的晶

4、相種類和晶化的程度，進(jìn)而制造出不同類型的優(yōu)良的微晶玻璃，并將其運用到更廣的領(lǐng)域。同時了解到，在利用廢體礦物制造微晶玻璃方面有著良好的前景，一方面能節(jié)約資源的使用和倡導(dǎo)綠色環(huán)保；另一方面，能降低生產(chǎn)成本，使微晶玻璃更加廣泛用于到生產(chǎn)生活中。1應(yīng)用11在粉煤灰和煤矸石制造雙層微晶玻璃研究中的應(yīng)用我國每年排放大量的粉煤灰和煤矸石,利用粉煤灰和煤矸石制微晶玻璃是有效利用采用燒結(jié)法燒制基層以煤炭固體廢物為主要原料,面層以礦物化工材料為原料的雙層微晶玻璃來豐富產(chǎn)品顏色,通過對煤矸石和粉煤灰進(jìn)行化學(xué)全分析及X射線衍射分析，確定粉煤灰2010年10月28日和煤矸石化學(xué)成分及礦物成分【2】。從表1的粉煤灰和煤矸

5、石的化學(xué)成分可以看出,兩種廢物中SiO占有很大比例，同時粉煤灰中CaO+Mg0的比例大于7%,Al0的223含量變化較大，過高的A10可以通過其它原料來調(diào)節(jié)。23表1粉煤灰和煤稈石化學(xué)成分(Wt%)成分sd2AtOjMQFejOTD2Na3OIGO泊3LossPF46-9027-647.471.17948a940-401-142-3425-09樣JF48-0816-676960-836333.11品YF51-6432-336862-392991-7M58-6621-200-710-553-310-22L920-5210-02注：PFTHJESf石電廠粉煤灰；JFV作電廠粉煤灰；yfF城裕東電廠

6、粉煤灰；IMTHJE十二礦煤稈石從圖1的XRD衍射分析可知，在粉煤灰中主晶相為石英、莫來石和石膏；煤矸石主要礦物成分為石英、高嶺石和白云石，這些礦物一般是由硅鋁或鈣的氧化物組成。分析表明，用煤炭固體廢物為主要原料研制微晶玻璃是完全可行的【2】。石魂條020304050Position2Theta析英圖1粉煤灰和煤矸石X衍射圖譜rh)車艸十一礦搏科7；X術(shù)射幗溝在按一定的配方，并通過燒結(jié)法來制備玻璃后，用XRD分析2010年10月28日經(jīng)過熱處理的玻璃可知，玻璃中析出的主晶相主要為硅灰石和透輝石,與試驗預(yù)期的目標(biāo)一致【2】。因此，在利用粉煤灰和煤矸石制造雙層微晶玻璃的方案是可行的，在驗證微機玻璃

7、的具體晶相時，XRD分析起到重要的指引作用。1.2在研究以-硅灰石為主晶相的微晶玻璃中的應(yīng)用1.2.1在CaO-AlO-SiO系統(tǒng)燒結(jié)建筑微晶玻璃顆粒高溫攤平影響232因素研究中的應(yīng)用編號SiO3AlaOiCaOB2O3血0其它CaO/AhOAi63-007.0015,50LOO4.59”002.2160.007-0018.50LOO4.5殳002.46Au57,007,0021.5C1.004.59.003.07表2試樣玻璃成分w%按表2制備微晶玻璃，然后對試樣進(jìn)行玻璃顆粒高溫流動性探究，確定成分、燒成溫度、顆粒度和燒成時間對其的影響，并得到最優(yōu)的工藝方案。其中各個因素的影響如表3。按流動長

8、度（AL=L-L）為考核指標(biāo)，測試結(jié)果O見表4。在試驗結(jié)果分析中可得到，對玻璃顆粒高溫流動性能的影響因素主次是BACD。綜合以上4工藝因素以及試驗結(jié)果可得到最優(yōu)的工藝方案：ABCD。此時為了驗證其工藝方2223案的優(yōu)良性，分別以ABCD，2223試驗編號A列號CD流動抵廢/mm111113.2212224.7313334.34212314522313.4623125.0731321.6832133.1933214.2表3影響因素加平因衰成井CaO/AJz(h燒成溫度/T藏粒度/rom燒成肘國/min12,2111000.5-26022,6411202-49033,0711404-6120表4實

9、驗方案及測試結(jié)果華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日23 ABCD，ABCD工藝制備了微晶玻璃試樣，并用XRD分析方法進(jìn)12233223行物相的分析，見圖2。由圖2可以定性得出，隨著CaO含量的增加，0-硅灰石衍射峰強度增加,說明CaO增加，對0-硅灰石的析出有促進(jìn)作用，使得CaO+SiO-CaSiO的反23應(yīng)更加容易進(jìn)行。同時也可以證實隨著CaO/AlO的增大，微晶玻璃中晶相的含2320304028/()50AiBsCjDjAsBsCaDj圖2微晶玻購的X射戦街射圖量也相應(yīng)增加【3】。11.2在CaO-AlO-SiO系統(tǒng)微晶玻璃表面析晶研究的應(yīng)用

10、232在探究CAS系統(tǒng)微晶玻璃表面析晶中，先按表5生產(chǎn)出微晶玻璃，然后用DTA方法來進(jìn)行晶化活化能數(shù)據(jù)的測量和最佳核化溫度SiO2+CaOAlzOjZnO+BaONajO其它78*57.09.04.01.5表5基礎(chǔ)玻璃的成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的確定，接著用X射線衍射來確定最佳晶化時間。由DTA分析可知，選擇升溫速率為5C/min的DTA曲線析晶峰溫度作為最佳晶化溫度，即為916C。分別保溫不同的時間,做XRD測試。計算XRD曲線中最2010年10月28日強的強度I與所有線強度的總和Is的比值I/Is，再把保溫時間和I/Is作曲線，取其峰值，即為最佳晶化時間【5】。取玻璃樣品6份，從750C到916C升溫

11、速率為2C/min，然后在916C分別保溫0.5、1、2、3、4、5h,然后做XRD測試，根據(jù)強度值算出I/Is，以I/Is對保溫時間做曲線可得如圖3。根據(jù)圖3所得在3.5h后I/Is上升的幅度很小，最佳溫度應(yīng)為3.5h【4】。在分析CAS微晶玻璃的微觀結(jié)構(gòu)時，XRD起到關(guān)鍵性作用。將微晶玻璃粒粉碎，根據(jù)粉碎手段篩分，取得一下4個顆粒徑A:2mm、1A:1.25mm、A:0.7mm、A:0.315mm，其熱處理制度為：從750C到234916C為2C/min,916C保溫3.5h，在1120C處保溫2h，隨爐退火,制得微晶玻璃。經(jīng)XRD測試分析，在微晶玻璃試樣的主晶相均為0-硅灰石。再做SEM

12、測試可知道微晶玻璃的微觀結(jié)構(gòu)【4】。11.3在Ca0-A10-Si0系統(tǒng)微晶玻璃中的應(yīng)力產(chǎn)生分析中的應(yīng)用232在對CAS系統(tǒng)微晶玻璃應(yīng)力產(chǎn)生分析中，X射線衍射分析在確定主晶相和在有關(guān)應(yīng)力測試中起到重要作用。圖4是微晶玻璃試樣的X射線衍射譜,從譜線上可以看出,試樣的非晶體散射特征很弱,主要表現(xiàn)為晶體的衍射特征,說明在本實驗采用的微晶化熱處理條件下,試樣玻璃的結(jié)晶程度很高。通過對照J(rèn)CPDS卡片,發(fā)現(xiàn)微晶玻璃試樣的主晶相為0-CaSiO【6】。20圖4CaO-AI2O3-SiO2微晶玻璃試樣X射線衍射譜微晶玻璃與普通的透明玻璃不同,不能用傳統(tǒng)的玻璃應(yīng)力檢測方法進(jìn)行測定,X射線衍射應(yīng)力測定法、中子衍

13、射應(yīng)力測定法可用于微晶玻璃中有關(guān)應(yīng)力的測定【6】。1.3XRD法測定微晶玻璃晶相含量禾U用X射線衍射技術(shù)，提出了一種無需純晶相作標(biāo)樣，僅根據(jù)玻璃相散射峰的強度數(shù)據(jù)確定微晶玻璃結(jié)晶度,然后利用標(biāo)準(zhǔn)卡片上的“參比強度”值計算各晶相含量的方法。華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日 在壓力為10MPa時，將冷壓玻璃塊以10C/min的速度，從室溫升至800C,保溫10min，再以10C/min的速度升溫到870C,分別保溫10min和24h后,隨爐冷卻，得到微晶玻璃塊A和B。以瑪瑙研砵把試樣A和B手工研磨為小于10“m的微晶玻璃粉末。

14、以瑪瑙研砵混和原始玻璃粉末與微晶玻璃粉末A或B,得到混合試樣Ai和Bi表6混合粉末中微晶玻璃粉末的質(zhì)量分量Tibk6巧fincrionof21；ircer；ijnicsinoii-zinal吵門電glass-ceramicsmixedpondersAjandB圖5示出原始玻璃粉末和混合粉B的XRD譜,其它試樣的XRD譜與B的XRD譜相似，峰位相同,只1是各衍射峰的強度有所不同。對微晶玻璃試樣進(jìn)行定性分析,證明兩組試樣析出的晶相均為六方晶系的BaAlSiO和正228交晶系的BaSiO，從標(biāo)準(zhǔn)卡片上3可以查到它們相對于剛玉的參比強度值分別為5.16和4.78,1圖5derandtopicalnnx

15、edpowdersanpleBiHexagonalOrthorhombic(u)BaSiOj圖1典型混合試樣El的XRD譜X-raydiffraction(XRD)patternsofoiisiialalasspowMassfractionofglass*ceiainics123斗nAy10898086730.7690.720310-92320-90030.S52407963(i=1,2,5),如表6所示【7】。它們的密度分別為3.299g/cm3和4.437g/cm3。以各混和試樣的XRD譜的背景曲線減去BaO或SiO的XRD譜的背2景曲線作為各混和試樣玻璃相的散射峰強度曲線。在20=235

16、范圍內(nèi),求得各混和試樣與原始玻璃試樣的散射峰強度曲線積分的比值。以各混合試樣與純玻璃試樣的強度比值為縱坐標(biāo),以混合試樣所用微晶玻璃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)作圖,采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合,如圖6和圖7所示。圖6一；一.一7Fig.2I骨11vsyofsampleA,aO:7g/瑁=b52085-&85628,y;O2:理就=157603-094698vFig.3IJvsyofsampleB,一BaO,Ul=L81983-1-20321v;O2,理瑁331=L930IS-L35623v各擬合直線的斜率絕對值除以它們在縱坐標(biāo)軸的截距，分別得到其XRD的背景譜物質(zhì)（見圖8）。以BaO或SiO的XRD譜的背

17、景曲線作為混和試樣中晶相的背景部分時,2可以得到微晶玻璃試樣A和B的結(jié)晶度。求得六方BaAlSiO相（101）228面和正交BaSiO相（111）面衍射峰的積分強度比，代人公式17（如3下），計算試樣A和B中六方BaAlSiO相和正交BaSiO相的含量【7】。2283卡以上數(shù)據(jù)可說明,XRD在制品的檢測工作中扮演著關(guān)鍵的角色。607080鋁硅酸鹽玻璃陶瓷具有力學(xué)性能好、耐磨損、化學(xué)穩(wěn)定性好等特性，它圖4BaOIS1O7在機械、建筑和化學(xué)工業(yè)中具有廣闊的應(yīng)用前景，且原料資源豐富，可利用爐渣和礦渣等固體廢棄物。透輝石因耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性較好，故選擇透輝石CaMg(SiO)作為玻32圖2不同CO打兩

18、忻比的從礎(chǔ)玻朋的DFA曲纜圖91DDJt11j.-I小difTert-ntniarutkjkofCuOtoMg)=O.8;(l)(2a)/(Mg)=1.3：(CCaO)/M*.一7二*=沏Li(a)FT-l170DT扣劇購(b)FT-26010圖121FT-1F二：-.一.兀二匸：氟的引入導(dǎo)致母體玻璃的高溫粘度降低，致使晶化過程中離子遷移擴(kuò)散穿過相界的擴(kuò)散活化能降低，由此活化自由能的能量位壘降低，從而結(jié)晶化自由能降低，母體玻璃析晶變得更加容易。再者，氟的引入可能使母體玻璃成核速率提高，致使母體玻璃中成核階段形成的晶核數(shù)目較多，有利于析晶。F引入之后隨著Ti02含量的減少，母體玻璃的初始析晶峰升

19、高，這可能是由于TiO2含量的減少不利于2010年10月28日成核階段晶核的形成，致使晶核數(shù)目較少，結(jié)晶化自由能升高，析晶溫度升高。FT-0試樣在820C熱處理之后樣品透明性較差，且呈明顯的黃色。FT-1試樣初始析晶溫度最低，為725C，但樣品的透明性較差，呈淺黃色，不利于浮法透明微晶玻璃的生產(chǎn)。而FT-2試樣在750C熱處理之后樣品外觀無色，透明性較好。15.2熱處理制度對析晶的影響史?帀E1UI由于熱處理制度影響析出的晶相種類、晶相與玻璃相的比例、晶粒的尺寸及其分布【13】，為了得到晶粒細(xì)小，分布均勻，無色透明的微晶玻璃，因此有必要研究熱處理制度對FT-2試樣析晶的影響，以在較低的晶化溫度

20、下得到透明性最好且晶相含量較高的微晶玻璃。1.口59TOC o 1-5 h zWCT泌n-sKas+J-OJ一呂一議固溶體43214760C20卻606Q10id劉4050仙70圖135宀圖14圖3不同區(qū)化溫度下FT-2試樣的圖4不同晶化時間卜-FT-2試樣的圖13為FT-2試樣在不同晶化溫度處理下保溫2te:進(jìn)行晶化后的XRD圖譜。從圖中可以看出，F(xiàn)T-2試樣在735C熱處理后大部分衍射峰呈彌散狀態(tài)，只有很少數(shù)的微弱衍射峰。隨著晶化溫度的升高，析出的主晶相都為0-石英固溶體，且衍射峰強度逐漸增強，說明析出晶體含量增加，但樣品的透明性逐漸變差。當(dāng)晶化溫度為745C時，2010年10月28日樣品

21、晶體含量較高，且透明性較好。圖14為FT-2試樣在745C保溫0.5、1、1.5、2h進(jìn)行晶化后的XRD圖譜。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，晶化時間為.5h和1h時，譜圖中沒有明顯的衍射峰，衍射峰呈彌散狀態(tài)，說明母體玻璃中并沒有晶相析出。晶化時間為1.5h時，譜圖中出現(xiàn)衍射峰，析出的主晶相為0-石英固溶體，且隨著晶化時間的延長，衍射峰強度增強，透明性減弱。通過對FT-2試樣熱處理制度的研究結(jié)果表明：合適的熱處理制度為600C保溫2h進(jìn)行核化，745C保溫1.5h進(jìn)行晶化。此時試樣晶相含量較高，無色且透明性最好?？梢?，XRD對探究引入劑對微晶玻璃析晶影響起到了很多的作用。通過XRD測試，我們可以知道，F(xiàn)的引入

22、可以使母體玻璃的高溫粘度降低，熔化質(zhì)量提高，初始析晶峰溫度降低，有利于浮法工藝成形。F引入之后隨著TiO2含量的減少，初始析晶峰溫度升高，析出主晶相的種類沒有發(fā)生改變，都為0-石英固溶體；當(dāng)F和TiO2的引入量分別為0.8wt%和1.0wt%時，隨著晶化溫度的升高，析出的主晶相為0-石英固溶體，透明性變差，并且隨著晶化時間的延長，析出的0-石英固溶體含量逐漸增加，透明性變差；當(dāng)F和TiO2的引入量分別為0.8wt%和1.0wt%時，試樣經(jīng)過600C保溫2h進(jìn)行核化，745C保溫1.5h進(jìn)行晶化后制得的微晶玻璃試樣晶相含量較高，無色且透明性較好【14】。2010年10月28日16在確定熱處理制度

23、上的應(yīng)用16.1在鋰系微晶玻璃上的應(yīng)用用鋰系微晶玻璃材料制造的光纖接頭，膨脹系數(shù)和硬度與石英玻璃光纖更為匹配，更易于進(jìn)行高精度加工環(huán)境穩(wěn)定性也比較優(yōu)良，表現(xiàn)出良好的發(fā)展?jié)摿?。鋰系微晶玻璃材料在光纖接頭的制備過程中要經(jīng)歷低溫晶化預(yù)處理和高溫拉絲兩個受熱過程，并發(fā)生一系列相轉(zhuǎn)變、研究材料在這個過程中的相變規(guī)律，控制析出晶體的數(shù)量、種類和晶體顆粒尺寸，控制玻璃相與晶相的適當(dāng)比例是成功制備出高質(zhì)量微晶玻璃光纖接頭的關(guān)鍵因素。圖15為原始玻璃及其在850C、900C、950C、1000V分別保溫0.5h晶化預(yù)處理后的x射線衍射圖譜。根據(jù)取樣X-ray衍射鑒定結(jié)果確定晶體為0-石英(0-quarts)固溶

24、體，由圖15可以看出850C時大量存在0-石英固溶體，溫度升高后轉(zhuǎn)變?yōu)?-鋰輝石(0圖2卞同熾赴理條件下儀抻璇璃抽KRD圖潸圖15?XRI3pacrnoftaEIass-CErinircK門二fifFernnt.teuipeTat.ures-quartsn_s.-upcduznenE!ms.-Spodumene)固溶體；華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日 圖16是0-石英固溶體主衍射峰(100)和0-鋰輝石固溶體主衍射峰(211)相對強度隨樣品熱處理條件的變化情況。圖16(a)可以看出S40_8HD_92Q9601000叫|2TcmpntmfCT

25、ime團(tuán)17:Fig.7ChangesoftheiaiensityofXRIpesdtwithh圖16F-r.YChangeofthpTclativnizii.prsii.YofXFtl-inakw：th冷;heattrcalmeLi：tempirnturcE；and(h)beatreatuieDttime950C0-鋰輝石固溶體逐漸趨向飽和，溫度升高對晶相變化已影響不大。在X-ray衍射圖中0-鋰輝石固溶體主衍射峰強度隨時間延長有所增大，并在2h后趨于穩(wěn)定(圖16(b)。這表明，該材料在959C晶化2h后，主晶相0-鋰輝石固溶體的析出量已接近完全。在模擬拉絲溫度下微晶玻璃的相變和顯微結(jié)構(gòu)時，

26、通過XRD衍射分析(如圖17)，圖17是0-鋰輝石固溶體主衍射峰(201)強度隨樣品模擬拉絲溫度下的變化情況我們可以得出，在高溫下，隨著溫度提高，衍射峰的強度降低，這說明微晶玻璃的結(jié)晶度降低，從表8中可以看出，在1170C后，主晶相鋰輝石固溶體衍射峰強表81不間拉撼就度苫薩晶礙雜的皓掛廈尊1CryvtAHinJtycfceranacaunderdJflrentheat-tpatmezxtc0TtdliltiJt9I15fl11TGim12501210Crxsialliiuty/val%U27$484S02010年10月28日度隨溫度升高而下降，晶體含量逐漸減少。這說明升高溫度0-鋰輝石固溶體逐

27、漸熔解，玻璃相逐漸增多【15】。16.2在結(jié)構(gòu)和性能的影響上的應(yīng)用將不同熱處理制度的微晶玻璃試樣進(jìn)行XRD實驗，得到如圖18所示的X射線衍射圖譜。按照“兩步法”試樣加熱到800C保溫2h進(jìn)行核化，此時試樣是透明的，以玻璃相為主，沒有晶體析出。試樣繼續(xù)加熱到1000C保溫2h晶化后，從圖18中試樣A曲線可以看出，此時沒有較強的衍射峰，試樣中沒有晶體析出，仍然以玻璃相為主。但試樣出現(xiàn)了失透，這主要是玻璃中發(fā)生了分相引起的。晶化溫度升到1050C時，從試樣B曲線可以看出，試樣中開始析出堇青石和鎂鋁鈦酸鹽晶體，但這些晶體的衍射峰強度都較低，說明晶體生長并不充分，這時試樣仍然含有較多的玻璃相。從圖18中

28、的試樣C曲線可以看出，隨著晶化溫度升高到1100C，堇青石和鎂鋁鈦酸鹽仍然是微晶玻璃的主晶相，并且伴隨著頑輝石晶體和尖晶石晶體析出，而原先的鎂鋁鈦酸鹽依然存在，只是較1050C有所減少，反映在衍射峰強度的降低和數(shù)量的減少。晶化溫度繼續(xù)升高到1150C時，從試樣D曲線可以看出，微晶玻璃試樣主晶相仍為堇青石、鎂鋁鈦酸鹽和尖晶石，而1100C的主晶相頑輝石則隨著溫度的升高而消失了且試樣中開始有a-石英晶體析出【16】。17在燒結(jié)法裝飾微晶玻璃上的應(yīng)用按表9成分制備微晶玻璃樣品。根據(jù)CaO-SiO二元系統(tǒng)相圖2【17】：用分析純CaCO和SiO作原料,32將配合料置于鉑金坩堝,熔制溫度為1580C保溫

29、3h,隨后水淬成0.51.5mm玻璃顆粒，烘干后裝入瓷舟進(jìn)行熱處理,制度為:890C保溫1.0h,升溫至1120C保溫3h。經(jīng)X射線鑒定此試樣為0-編號SO2扎1203CaOB2O3其它A174934131000Q88IQ06A269.934131500ft88IQ06A364934132Q00ft88IQ06A459934132500ft88IQ06A554934133Q00ft88IQ06Bi6&93Q002Q00G88IQ19Bi66932132Q00Q88IQ190364934132Q00ft88IQ19B462936132Q00ft88IQ19B56Q938132Q00Q88IQ19

30、Ci65.814132Q00Q00IQ06Ci64934132000ft88IQ06C363l814132Q00200IQ06硅灰石晶體,且無其它雜質(zhì)峰出表9試樣玻璃成分（mol%）現(xiàn)。此試樣在X射線衍射定量分析時作為基準(zhǔn)試樣。圖19是純0-硅灰石晶體和A、B、C組微晶玻璃（晶化溫度為1120C）的X射線衍射圖譜；圖2是A（B=C）玻璃在不同晶化溫度332下所得的微晶玻璃樣品的X射線衍射圖譜。圖19表明不同試樣玻璃在燒結(jié)制度為890C/1h；晶化制度為華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年10月28日 1120

31、C/2h的工藝條件下所得到的微晶玻璃，其主晶相均為0-硅灰石，且試樣玻璃組分不同，0-硅灰石晶體的衍射峰強度亦不相同。圖20顯示，組分、燒結(jié)溫度、燒結(jié)時間、晶化時間都確定，改變晶化溫度，當(dāng)晶化溫度超過1150C時，X射線衍射圖譜中出現(xiàn)了另一尙圖19.-；徹晶如的咬射輸射希心掃尸6）或璃在不阿晶就湘度F的微曲鞍璃想品的藍(lán)射線桁射圖譜片吃而他jpr磴*Hi品悴203040S02S圖20“Bi*0O|L*1種晶型，經(jīng)索引確定，此晶型為硅灰石的另一個晶型a-硅灰石（假硅灰石）。從各組分微晶玻璃的X射線衍射半定量分析能較為直觀地定量出0-硅灰石晶體在微晶玻璃中的相對含量。分析結(jié)果見表10。表10忙曲卅的

32、X射線半定量分析結(jié)果編號i/lo編號l/lo編號i/loA11670Bi/Cl35.72A22650Bl2035.46c?34S9A3348920Bi3489c3A47A44L81543i70A54969553258對于A組微晶玻璃來說，隨著CaO取代SiO量的增加，析出0-2硅灰石晶體的量是增加的。析出量由A中的16.70%增加到A中的1549.69%?；瘜W(xué)反應(yīng)式可以反映出CaO和SiO與硅灰石的關(guān)系：CaO+2SiO-CaSiO。由上式可得硅灰石的理論組成為：48.3wt%的CaO和51.237wt%的SiO。在所設(shè)計的成分中CaO是不足量的，由上面的反應(yīng)式2可以計算出當(dāng)CaO全部反應(yīng)生成

33、硅灰石時，各組分微晶玻璃中0-硅灰石晶體占玻璃總重量的百分比，可以用來考察玻璃中析出硅灰石表11微晶玻璃理論生成硅灰石計算結(jié)果編號wt%編號wr%編號wt%A117.19B13678Ci3609A72688Bi3648C23604A336043604C335.98A445173582的情況。A5組玻璃理逬匸成硅灰:石計算結(jié)果丿乩表3。用X射:線衍射定量分析結(jié)果與理論計算值相比，A組玻璃的0-硅灰石晶體的析出比較完全。析出率都在90%以上，其中A的析出率為97.15%,A為1289.59%，A為96.81%，A為92.56%，A為91.38%。345對于B組微晶玻璃，隨著AlO取代SiO量的增加

34、，析出0-232硅灰石晶體的量是減少的，由B中的35.64%下降到32.58%。說明A2lO的增加對0-硅灰石晶體的析出有一定的抑制作用。23如上所述可以計算出B組微晶玻璃中0-硅灰石的理論生成百分比，結(jié)果見表11。2010年10月28日用X射線以上定量分析結(jié)果與理論計算值相比,B組玻璃的0-硅灰石晶體的析出率都在90%以上。B的析出率為97.7%,B的析23出率為95.9%,B的析出率為94.1%,B的析出率為92.7%,可見45析出率是逐漸減少的。從X射線衍射定性與定量分析結(jié)果看玻璃組分的變化和析晶溫度都是影響析晶的重要因素。首先,從成分對析晶的影響看,對于A組微晶玻璃隨著CaO取代SiO

35、量的增加，衍射峰的強度明顯增加,2說明隨著CaO含量的增加，析出的B2硅灰石量逐漸增加。這是由于CaO取代SiO玻璃網(wǎng)絡(luò)連接程度下降，另外CaO含量增加，使得其2與SiO生成CaSiO幾率也隨之而增加。23在XRD分析中，對于所采用的A3樣品，可以得出在晶化溫度為1090C和1120C保溫2h時，只有B2硅灰石晶體析出；而當(dāng)晶化溫度升到1150C保溫2h時，從其X射線衍射圖譜上看，同時出現(xiàn)了較弱的假硅灰石晶體衍射峰。說明此時硅灰石發(fā)生了晶型轉(zhuǎn)變；當(dāng)晶化溫度為1180C時，假硅灰石衍射峰加強，說明晶相轉(zhuǎn)變進(jìn)一步加強。對于微晶玻璃的工業(yè)化生產(chǎn)而言，晶化溫度在能滿足晶化、攤平的前提下，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離11

36、45C這個溫度點，而在較低的范圍內(nèi)進(jìn)行晶化處理。實驗結(jié)果表明晶化溫度在10801120C范圍內(nèi)選擇為宜【18】。2前景與發(fā)展隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，微晶玻璃的相分析也越來越深人，它不僅可以幫助判斷微晶玻璃的性能和質(zhì)量，同時通過對生產(chǎn)工藝過程中渚因素的研究、對比，掌握微晶玻璃相的變化特征，對現(xiàn)實生活中玻璃的生產(chǎn)和質(zhì)量改善都有很重要的現(xiàn)實意義【19】。在近年來，X射線衍射技術(shù)越來越先進(jìn)，X射線衍射法的用途也越來越廣泛，除了在無機晶體材料中的應(yīng)用，已經(jīng)在有機材料【23-25】、鋼鐵冶金【26-27】、以及納米材料【28】的研究領(lǐng)域中發(fā)揮出巨大作用，并且還應(yīng)用于瞬間動態(tài)過程的測量【29】。計算機的普遍

37、使用讓各種測量儀器的功能變得強大，測試過程變得簡單快捷，雙晶衍射【30】、多重衍射【31】也越來越完善。對于在微晶玻璃中的應(yīng)用，將發(fā)揮更大的作用，在更加準(zhǔn)確探究微晶玻璃的晶相結(jié)構(gòu)和性能后，可以制備出更多種類的，適合更廣領(lǐng)域的微晶玻璃。利用X射線衍射分析，可以探究如粉煤灰和煤矸石等工業(yè)廢渣的性能，并采取合適的工藝方案將廢渣等礦物利用起來，制備多種性能的微晶玻璃，這不僅僅有利于資源的充分利用，而且能制備出性能良好的微晶玻璃，這在生產(chǎn)和生活中是很重要的。在科技不斷創(chuàng)新下，XRD技術(shù)不僅大大加快分析速度，提高精度，而且可以進(jìn)行瞬時的動態(tài)觀察以及對更為微弱或精細(xì)效應(yīng)的研究，從這點可以看出，XRD技術(shù)，定

38、能在研發(fā)更高性能的微晶玻璃中，2010年10月28日發(fā)揮其所固有的作用。3結(jié)語通過X射線衍射在微晶玻璃的各種應(yīng)用，可以了解到X射線衍射在研究微晶領(lǐng)域的重要作用口XRD在粉煤灰和煤矸石制造雙層微晶玻璃研究、在研究以0-硅灰石為主晶相的微晶玻璃、在燒結(jié)法裝飾微晶玻璃等的應(yīng)用，同時了解到XRD分析方法在微晶玻璃晶相、結(jié)晶度、析晶等研究中的關(guān)鍵作用。在分析XRD譜圖時，可以得出微晶玻璃的各種性能，也了解到溫度和組分對微晶玻璃的結(jié)晶和性能的影響，隨著科技的不斷發(fā)展和對材料性能需求越來越高的情況下，在不斷完善的XRD技術(shù)幫助下，微晶玻璃將有更加廣闊的空間去發(fā)展。參考文獻(xiàn)1】李秋義,姜玉丹,牟洪,李新平，微

39、晶玻璃發(fā)展?fàn)顩r及展望.Vol.25No.4202】鄧寅生,楊梅,邢學(xué)玲，用粉煤灰和煤矸石制造雙層微晶玻璃的研究.文章編號:1671-0959(2006)1220084204【3】何峰，李錢陶，程金樹，胡王凱，CaO-Al2O3-SiO2系統(tǒng)燒結(jié)建筑微晶玻璃顆粒高溫攤平影響因素研究，2004【4】吳鵬，程金樹，謝俊，鄭偉宏，劉健，CaO-AlO-SiO系統(tǒng)微晶玻璃表面析晶研究，20062325】馮明良，郭利婭，氟和氯在玻璃中的應(yīng)用.玻璃.2002(6):22-246】何峰，謝俊，程金樹，鈕峰，CaO-AlO-SiO系統(tǒng)微晶玻璃中的應(yīng)力產(chǎn)生分析2327】蘆玉峰,堵永國,肖加余,張傳禹,張為軍,銀銳

40、明，XRD法測定微晶玻璃晶相含量.Vol.33,No.12。December,20058】趙運才，肖漢寧，譚偉，耐磨鋁酸鹽陶瓷的制備及其耐磨性能.2003.4【9】樓賢春，程金樹，鄭偉宏等鋰鋁硅系統(tǒng)微晶玻璃熱處理制度優(yōu)化研究J.玻璃，2005,3:7-10.10】HuAM,LiangKM,PengFetal.Crystallizationandmicrostructurechangesinfluorine-containingLi2O-Al2O3-SiO2glassesJ.ThermochimActa,2004,413:53-55.11】GuoXZ,YangH,HanC,etal.CrystallizationandmicrostructureofLi2O-Al2O3-SiO2glasscontainingcomplexnucleatingagentJ.Thermochi