【科普】粉煤灰微晶玻璃的制备及应用

微晶玻璃是一类含有大量微晶相及玻璃相的多晶固体材料，是特定组成的基础玻璃在热处理过程中控制晶化而制得的。微晶玻璃既有玻璃的基本性能，又有陶瓷的多晶特性，集合了陶瓷与玻璃的特点，是一类独特的新型材料。与同类型的玻璃和陶瓷相比，微晶玻璃具有许多优异的性能，如热膨胀系数可调范围大、机械强度高、硬度大、热稳定性能和化学稳定性能好、软化温度高等。传统的微晶玻璃主要由天然矿物原料制备，成本较高，因此利用工业固体废弃物，特别是硅酸盐固体废弃物制备微晶玻璃越来越受到人们的关注。

微晶玻璃的制备方法主要归结起来有熔融法、烧结法和溶胶-凝胶法三类，其中利用粉煤灰制备微晶玻璃主要采用熔融法和烧结法。溶胶-凝胶法主要用于功能材料、非线性光学材料等领域应用的微晶玻璃的制备，以严格控制其成分及各组分的均匀性，不适用于粉煤灰微晶玻璃的制备。

1 熔融法

熔融法制备粉煤灰微晶玻璃的工艺过程为: 将粉煤灰、辅料与适量晶核剂充分混匀，然后在高温下熔融，澄清、均化后将玻璃熔体成型，经退火后在一定温度下核化和晶化，获得微晶玻璃。核化与晶化是微晶玻璃制备的关键，热处理过程中，一般先形核然后发生晶体长大; 但是对于特定的微晶玻璃体系，也可在一定温度下同时发生核化和晶化过程。熔融法的玻璃熔体成型可沿用传统玻璃生产工艺，如压延、压制、吹制、拉制、浇注等，容易获得各类异型制品，且成品率高、质量稳定、无气孔等缺陷，适合自动化的生产。但其玻璃熔制温度高、能耗大且热处理制度难以有效控制。

2 烧结法

烧结法是陶瓷材料的主要制备工艺，近些年在微晶玻璃的制备中逐渐引起了研究人员的极大关注，是具有较多优点的制备方法，有机融合了玻璃、陶瓷和天然石材加工工艺。烧结法制备粉煤灰微晶玻璃的一般工艺流程如下图所示。热处理过程中，玻璃颗粒存在烧结和析晶两个趋势，一般是先产生液相发生烧结行为，然后从界面开始析晶直至整体析晶，从而获得微晶玻璃。烧结法可以通过界面和表面形核、晶化形成微晶玻璃，因此不用添加晶核剂，原料成本降低;其次，烧结法对玻璃熔体的均匀度要求较低，故所需熔制温度降低、熔制时间缩短，能耗降低；第三，其晶相和玻璃相的调控比较容易控制。但是，烧结法很难制备异型制品且不可避免的会存在气孔，常用于建筑微晶玻璃板材的生产。

烧结法制备粉煤灰微晶玻璃一般工艺流程

应用

粉煤灰微晶玻璃广泛用于建材领域，是新型的高档绿色建材。与大理石、花岗石等天然石材相比，微晶玻璃具有更高的机械强度、更好的耐腐蚀性能、优异的耐候性、柔软的色泽及清晰的纹理结构，装饰效果与实用功能并重，被认为是天然石材的理想替代品。微晶玻璃可用于大型公用建筑的内外墙贴面、屋顶墙面装饰，不退色、耐腐蚀、不吸水，极具装饰效果；用作建筑地板砖，具有美观耐磨的功能。除此之外，还可用作厨卫台面板、大厅柜台面等。普通的微晶玻璃密度较大且价格昂贵，因而粉煤灰微晶玻璃在建筑材料领域的应用受到了极大的关注。