[发明专利]一种利用形变调控微晶玻璃的析晶方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃晶化的控制方式，尤指一种利用形变调控微晶玻璃晶化的方法，目的在于采用形变来取代添加成核剂，在不影响生产连续性的同时提高材料性能和（或）降低成本。

背景技术

目前，国内外已经开展了流动场对有机高分子材料结晶的影响、CaO-Al₂O₃-SiO₂（CAS）或CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂（CMAS）高炉矿渣微晶玻璃的研制工作，包括成分体系的设计、关键成分或成核剂对析晶性能及组织结构的影响等工作，还未涉及形变产生的弹性应力场和塑性流动场调控高炉矿渣微晶玻璃析晶的研究工作。

（1）流动场对有机高分子材料结晶影响的研究

关于流动场诱导高分子材料结晶、天然橡胶在拉伸形变过程中的应变诱导结晶效应有少量报道，例如上海交通大学于逢源等通过对等规聚丙烯（iPP）过冷熔体施加不同应变的正弦振荡剪切场，研究了大应变振荡剪切流场作用下，等温iPP的流动诱导结晶过程。研究结果表明，施加大应变振荡剪切流场可以明显加速iPP的结晶动力学，且施加的应变越大可以促使iPP结晶动力学加速现象越明显。

四川大学研究组构筑了一个蒙脱土含量变化的橡胶复合体系，利用国家同步辐射实验室的X射线衍射和散射实验站研究其在拉伸形变过程中，蒙脱土含量变化对天然橡胶结晶行为的影响，以此来探索天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的增强机理。研究结果表明，随拉伸应变的增加，结晶衍射弧强度增大。而且随着拉伸比的增加，所有样品的L200（与200晶面垂直方向的晶粒尺寸）及L120（与120晶面垂直方向的晶粒尺寸）均呈现逐渐减小的趋势。在形变过程中，晶体在应力作用下，沿拉伸方向被拉长，那么垂直于拉伸方向就会出现尺寸减小的现象。橡胶在较小的应变下发生取向，并带动与其相互作用的橡胶分子链优先取向；体系中成核点增多，晶粒尺寸也减小。

中国科技大学李良彬研究员课题组开展了定量研究流动场诱导高分子结晶的工作，得出流动场诱导结晶必须利用流变-同步辐射相结合的手段才能充分阐明shish-kebab的形态以及形成过程，进而构建高分子流动场诱导结晶的理论模型。

美国Akron大学的高分子熔体流变研究的最新进展，用流变手段定量地研究了高分子熔体中shish-kebab的机理。

上述研究工作表明流动场对有机高分子材料结晶的影响研究工作已取得了显著的进展，但是在无机非金属材料领域，尤其是形变产生的塑性流动场对微晶玻璃的析晶控制方面还没有开展相关工作。

（2）高炉矿渣微晶玻璃的研究

目前对高炉矿渣微晶玻璃的研究，着重于以高炉矿渣为主要原料研制CAS或CMAS微晶玻璃的成分体系、析晶性能及组织结构。例如陈进利、李玉华以高炉渣和废玻璃为主要原料，采用烧结法制备了主晶相为透辉石（CaMgSi₂O₆）的CMAS系高炉渣微晶玻璃，并通过优化热处理工艺参数提高微晶玻璃的综合性能。Hongyu Liu、杨淑敏、卢红霞等以炼铁高炉渣和钾长石为原料，采用烧结法制备了CMAS炉渣微晶玻璃，研究了热处理制度对炉渣微晶玻璃析晶行为和性能的影响，得到最佳的热处理工艺参数。俞平利、张伟等采用烧结法制备了以高炉矿渣为主要原料的微晶玻璃，分别研究了以透辉石和钙铝黄长石为主晶相的矿渣微晶玻璃的成分和制备工艺，分析了显微结构和性能的关系。

另外，南雪丽、朱春江、刘洋、肖汉宁等利用熔融浇注法以高炉矿渣为主要原料，研制了主晶相是硅灰石（CaSiO₃）和透辉石（CaMg（SiO₃）₂）的CaO-Al₂O₃-SiO₂-MgO炉渣微晶玻璃。张升晓、岳钦艳等分析了形核剂TiO₂对高炉矿渣微晶玻璃组织结构和析晶性能的影响。

王中杰、倪文^[25]等用镍渣-高炉矿渣混合矿渣为主要原料研制了以透辉石和（CaMg(Si,Al,Fe)₂O₆）和铁钙辉石（CaFe(Si,Al,Fe)₂O₆）为主晶相的矿渣微晶玻璃。