【中玻網】微晶玻璃是指在玻璃中添加某些成核物質，并通過控制成核及結晶過程在玻璃內均勻地析出大量的微小晶體，形成致密的多晶材料。利用工業廢渣制備微晶玻璃是一種既環保又具有經濟效益的廢物處理方式。花崗巖廢渣是在花崗巖開采及加工過程中產生的一種固體廢棄物，這種固體廢物造成了嚴重的環境和自然問題。花崗巖廢渣成分中含有SiO2、Al2O3、K2O、Na2O和少量MgO、CaO、Fe2O3、TiO2、P2O5等氧化物，可以作為制備微晶玻璃的主要原料。本文用DSC、XRD、SEM等測試方法研究了Al2O3對R2O-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃的晶相組成、顯微結構及力學性能的影響。期望制備出具有優良性能的花崗巖廢渣微晶玻璃，為花崗巖廢渣的應用奠定基礎。

　　試樣制備所用花崗巖廢渣來自四川省某地，具體成分見表1。

　　基礎玻璃的化學組成如表2所示。將原料混合均勻后放入剛玉坩堝中，然后在1 400℃的硅鉬棒電爐中熔制1 h，熔制好的玻璃液澆注成型后置于600℃的退火爐中進行退火處理，退火后的基礎玻璃經過核化、晶化后得到微晶玻璃試樣。

　　結果與討論：（1）確定熱處理制度。在微晶玻璃制備過程中熱處理制度一般有一步析晶法和兩步析晶法，其中兩步析晶法較為常用。基礎玻璃試樣D3的DSC曲線如圖1所示。在619.5℃附近出現一個吸熱峰，即玻璃轉變溫度Tg，在722.3℃、766.6℃、910.3℃、988.2℃、1 038.4℃、1 118.0℃出現放熱峰。根據DSC曲線，核化溫度確定為630℃，晶化溫度確定為720℃、765℃、910℃、990℃、1 040℃、1 120℃，保溫時間均為2 h。觀察發現：在720℃和770℃晶化后的試樣外觀沒有發生變化；在910℃、990℃、1 040℃晶化后，晶化溫度為1 040℃的試樣具有較好的力學性能；1 120℃晶化后的試樣出現明顯變形。因此，熱處理制度確定為：630℃核化2 h、1 040℃晶化2 h。

圖1    基礎玻璃的DSC曲線

　　（2）XRD分析。試樣D1、D2、D3、D4、D5的XRD衍射圖譜如圖2所示。對照標準卡片，Al2O3含量為6.5%的微晶玻璃試樣D1中的主晶相為氟閃石NaCa2(Mg,Fe)5Si7AlO22F2和鐵板鈦礦Fe2TiO5，次晶相為鎂橄欖石Mg1.83Fe0.17(SiO4)；當Al2O3含量為7.5%時，試樣D2中氟閃石、鐵板鈦礦和鎂橄欖石的衍射峰強度增強，晶相含量增多；添加8.5%Al2O3的試樣D3中氟閃石、鐵板鈦礦和鎂橄欖石的衍射峰強度進一步增強，主晶相仍為氟閃石和鐵板鈦礦，次晶相為鎂橄欖石；Al2O3含量增加至9.5%時，試樣D4中主晶相氟閃石和鐵板鈦礦的衍射峰減弱，晶相含量降低；Al2O3添加量為10.5%時，從XRD圖譜中看出試樣D5在24.0°和53.7°出現新的衍射峰，對照標準卡片，確定晶相為鎂鈦礦MgTiO3。

圖2    不同Al2O3含量試樣的XRD圖譜

　　（3）SEM分析。Al2O3含量為6.5%~10.5%微晶玻璃試樣的SEM照片如圖3所示，從圖3中可以看出，Al2O3對花崗巖廢渣微晶玻璃析出晶體的顯微結構存在非常大影響。隨著Al2O3含量的增加，氟閃石、鐵板鈦礦和鎂橄欖石晶粒細化。

圖3    不同Al2O3含量試樣的SEM照片

　　（4）力學性能。不同Al2O3含量試樣的抗彎強度和顯微硬度變化趨勢如圖4所示。由圖4可以看出，Al2O3含量從6.5%增加至10.5%時，試樣的抗彎強度和顯微硬度均呈現出先上升后下降的趨勢。結合XRD和SEM可知：Al2O3含量增加至8.5%時，試樣D3中氟閃石、鐵板鐵礦和鎂橄欖石進一步增多且晶粒之間的交錯程度上升，抗彎強度和顯微硬度分別達到136.76 MPa、7.09 GPa；Al2O3含量超過8.5%時，試樣D4和試樣D5中氟閃石和鐵板鈦礦減少，其力學性能下降，Al2O3含量為10.5%試樣D5的抗彎強度和顯微硬度分別降至113.44 MPa、6.61 GPa。

圖4    不同Al2O3含量試樣的抗彎強度和顯微硬度

　　通過一系列的實驗得出：（1）用花崗巖廢渣制備了R2O-MgO-Al2O3-SiO2-Fe2O3系微晶玻璃，Al2O3含量在6.5%~10.5%之間時，微晶玻璃的主晶相均為氟閃石和鐵板鈦礦。隨著Al2O3含量的增加，氟閃石、鐵板鈦礦和鎂橄欖石晶粒細化。（2）Al2O3含量由6.5%增加至10.5%，微晶玻璃的抗彎強度和顯微硬度均呈現出先上升后下降的趨勢。添加8.5%Al2O3時，微晶玻璃的抗彎強度和顯微硬度達到大值，分別為136.76 MPa、7.09 GPa。