在考虑工业废物的回收和再利用时，硅酸盐残留物是一组重要的材料。欧洲杯足球竞彩它们包括煤炭电站灰，底漆和废物焚化炉的粉煤灰，钢铁生产中的炉渣以及玻璃库和燃烧粉尘。这些废料的回收和再利用的常规方法是玻璃化 - 在高温下（1,300-1,500°C）融化残基以产生同质玻璃。欧洲杯足球竞彩但是，玻璃化是一个能源密集型，相对昂贵的过程。因此，只有在可以与当前材料竞争的高质量产品时，它的使用只有完全合理和商业上的可行性。欧洲杯足球竞彩我们在帝国学院的最新作品正在满足这一要求，制造有许多潜在应用的有用产品。 Glass-Ceramics标准玻璃化产品的性能不足以用于建筑应用和结构建筑组件，绝缘或其他专业应用。然而，有一种有效的方法可以改善这些特性，而不会对过程本身进行重大改变 - 通过随后的热处理（即形成玻璃陶瓷）引入受控的结晶过程。 Production of Glass-CeramicsGlass-ceramic articles may be produced by three routes: •The heat treatment of solid glass (the traditional route) •熔融玻璃的控制冷却，称为petrurgic方法 •The sintering and crystallisation of glass powders. 在后一种情况下，通过利用粘性流烧结机制，在相对较低的温度下粉末致密。致密后，将材料经过结晶热处理以获得所需的玻璃陶瓷微观结构。或者，在单个烧结步骤中可能会进行致密化和结晶。 Along with the economic advantage of using relatively low processing temperatures, the powder technology route is suitable for the production of a range of advanced materials, including glass-ceramics with specified porosities and glass-ceramic matrix composites. Using the petrurgic method, the slow cooling from the molten state causes nucleation and growth of certain crystalline phases. Therefore, the final microstructure, and hence the properties, depends mainly on the composition and the cooling rate. Glass-Ceramics Based on Coal AshThe very high iron oxide content of coal ash, table 1, indicates the potential for developing magnetic phases using appropriate processing - this was the aim of our work. We calcined the as-received ash at 800°C for two hours to remove any volatile compounds, including sulfur and carbon. The powder and petrurgic methods were explored, and gave us products with different phases and microstructures. For the sintering experiments, we mixed calcined ash powder with various amounts (10-50wt%) of borosilicate (Pyrex) glass. The powder mixtures were uniaxial cold pressed to a cylindrical shape and sintered in air at temperatures in the range of 1,000-1,500°C for periods of up to 15 hours. Using the petrurgic method, coal ash was mixed with soda-lime glass powder. The mixture was melted at 1,500°C and cooled to room temperature at rates of between 1-10°C per minute. 表格1。Chemical composition (wt%) of the investigated coal and incinerator ash.
|
铁2O3 |
43.5 |
NA2O |
3.5 |
SiO2 |
31.0 |
MGO |
2.4 |
Al2O3 |
11.4 |
Al2O3 |
17.5 |
CAO |
4.0 |
SiO2 |
38.0 |
TiO2 |
2.3 |
P2O5 |
1.6 |
Zno |
1.4 |
SO3 |
0.2 |
MGO |
1.3 |
Cl2 |
- |
Cr2O3 |
0.9 |
K2O |
1.8 |
Alkalis |
2.2 |
CAO |
21.1 |
Traces |
Ni, Cu, etc |
TiO2 |
1.7 |
|
|
Cr2O3 |
- |
|
|
MnO |
0.4 |
|
|
铁2O3 |
8.0 |
|
|
尼奥 |
- |
|
|
Zno |
3.5 |
结构和属性通过在1,500°C下烧结五个小时获得的玻璃陶瓷的微观结构，该玻璃陶瓷含量相等的玻璃玻璃和煤灰，表明，添加硼硅酸盐玻璃被证明是通过粘性流促进致密化的，从而成功地促进了高度密集的产物。烧结过程得到了优化，因此不会发生“桶”，肿胀或其他形状失真效应，并且样品保留了其原始的圆柱形形式。当制造复杂形状的组件和技术应用的良好尺寸公差时，这一点尤其重要。 烧结的材料表现出良好的开发欧洲杯足球竞彩且可重现的玻璃陶瓷微观结构，包括带有分散晶体相的硅酸盐基质。矩阵为b2O3-fe2O3-cao-sio2- al2O3玻璃具有富含金属的晶体相，尤其是铁和钛。我们将其确定为铁氧体型相。这些样品最有趣的特征是它们的磁性行为。磁化曲线是软铁磁材料的特征，其磁化在低场处饱和。欧洲杯足球竞彩在我们的样品中，饱和磁化近6个EMU/g，残留磁化为3 EMU/G，强制性为〜540 OE。 基于煤灰的玻璃陶瓷由petrurgic工艺产生图1显示了通过Petrurgic方法获得的玻璃陶瓷的典型微观结构，该微观结构是由含有60wt％苏打水玻璃和40wt％煤灰的熔体生产的，每分钟的冷却速率为10°C。该样品具有发达的树突结构，归因于磁铁矿，该结构将软磁性质赋予了材料。
|
Figure 1.SEM micrograph of 60wt% soda lime glass, 40wt% coal ash, fabricated using the petrurgic method (cooling rate 10°C/min) |
结果证明了烧结和铜质路线的潜力，可以从含铁的硅酸盐残基中制造具有柔软磁性特性的玻璃陶瓷材料。欧洲杯足球竞彩 正在进行中我们的最新实验旨在在这些玻璃陶瓷中定量评估磁相含量和其他微结构特征的磁性依赖性。目的是确定是否可以通过调整处理条件来实现更好的软磁或独特的磁性行为，这将使产品能够为产品提供各种技术应用。 焚化炉粉煤灰Based Glass-Ceramics除氧化物外，我们还检测到焚化炉灰分中的锡，锑，镉，钡，砷，树，锆，铅，铅和钼的痕迹。传统路线涉及在1,400°C下熔化的灰分两个小时，在室温下在空气中淬火，然后在850-950°C的预定温度下进行热处理，以诱导成核和晶体生长。 结构和属性以这种方式产生的玻璃陶瓷的微观结构主要由嵌入玻璃基质中的辉石基团（例如Diopside）的晶体组成。烧结路线涉及铣削玻璃化焚化炉，以产生平均粒径为35µm的细粉末。我们通过单轴冷压制作了圆柱形的紧凑型，并使它们遵守了两步的热处理计划，并确保在结晶开始之前在很大程度上完成了烧结。致密的材料显示出高度的结晶，其特征是互锁的伸长伸长（轴向比3-5）晶体的网络，其中较小的等亚晶体位于该网络中，嵌入在残留的玻璃基矩阵中，图3。
|
Figure 2.通过烧结玻璃粉制成的高度结晶玻璃陶瓷高度致密区域的TEM显微照片 |
我们测量了熔体衍生和烧结产物的机械性能。将数据与表2中的液压玻璃和热压硼硅酸盐玻璃进行比较。尤其重要的是达到相对较高的硬度，断裂韧性和强度，以及我们的玻璃陶瓷中的足够可加工性。硬度和韧性的同时增加表明与玻璃玻璃相比，玻璃陶瓷的耐磨性提高了。也值得注意的是，通过液压方法测量的热冲击电阻的改善也值得注意。 表2。烧结玻璃陶瓷的机械性能。
|
密度（g/cm3) |
2.74±0.02 |
2.80±0.02 |
2.89±0.02 |
2.22 |
硬度（GPA） |
3.8±0.2 |
5.5±0.2 |
7.9±0.3 |
5.1±0.2 |
杨的模量（GPA） |
85±4 |
93±4 |
124±5 |
63 |
泊松的比例 |
0.24 |
0.28 |
0.26 |
0.22 |
热经验。Co-eff（x10-6/°C) |
6.0（20-700°C） |
5.9（20-600°C） |
6.5（20-700°C） |
3.3（20-600°C） |
压痕骨折韧性mpa.m½) |
1.5±0.1 |
0.6±0.1 |
1.7±0.1 |
0.7±0.1 |
破裂模量（MPA） |
88±9 |
90±10 |
240±20 |
60 |
热休克电阻（水淬火测试，ΔTc, (K)) |
~300 |
〜150 |
〜280 |
〜250 |
Brittleness Index (µm-½) |
2.5 |
9.1 |
4.6 |
7.2 |
玻璃陶瓷复合材料迄今为止的工作主要集中在具有炉渣基玻璃陶瓷基质（用于地板和墙壁瓷砖的玻璃陶瓷和磨损组件的玻璃陶瓷）的复合材料上。我们已经研究了颗粒（SIC和TIC）和纤维增强（SIC）。测得的性能包括基本的机械性能，但还包括更复杂的特性，例如热休克耐药性和抗侵蚀性。如前所述，玻璃陶瓷的热休克耐药性优于母玻璃，并且通过颗粒钢筋进一步提高了电击性。例如，单片钟的热休克临界温度为180°C，而20wt％SIC复合材料的值为270°C。颗粒加固，例如，对于TIC增强助理 - 增强粒径越大，体积分数越大，侵蚀速率越高，则可以改善抗侵蚀性。 结果表明一种将玻璃化硅残基转化为具有广泛应用潜力的有用产品的方法。获得的玻璃陶瓷是用于在工业建筑，建筑中以及外部和内部墙壁上应用的候选材料。欧洲杯足球竞彩我们目前正在解决与环境影响对材料的化学耐久性和毒性影响相关的问题，这可能会因玻璃或晶体中的重金属的存在而损害。欧洲杯足球竞彩在此类应用中，公众接受和开发基于玻璃陶瓷的材料将在很大程度上取决于对这些问题的令人满意的考虑。欧洲杯足球竞彩 |