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表二：项目类别项目编号南昌航空大学研究生创新专项资金项目（自然科学类）申 请 书 项目名称：利用废玻璃、粉煤灰制备多孔微晶玻璃及其隔热性能研究注意：研究生创新基金项目申请书（表二）所填写全部内容不得出现申请者及项目组成员的姓名及相关信息，否则，将视为形式审查不合格。简 表课题名称利用废玻璃、粉煤灰制备多孔微晶玻璃及其隔热性能研究主题词废玻璃、粉煤灰；多孔微晶玻璃；隔热学科分类材料工程学研究类型B A.基础研究 B.应用研究 C.综合研究 D.其他研究项目负责人有关信息性别男民族汉出生日期1986.9.29主要参加者性别出生年月专业职务研究专长学历学位工作单位男1969.10教授无机非金属材料研究生博士南昌航空大学男1978.12讲师数值模拟研究生博士南昌航空大学男1980.11讲师材料性能评价研究生博士南昌航空大学摘要多孔微晶玻璃作为一种高性能无机非金属材料，具有比表面积大，强度高，导热系数低，耐腐蚀等诸多优点，广泛应用于建筑、石油、化工、国防等领域。传统多孔微晶玻璃主要以碳酸钙和炭黑作为主要发泡剂，通过控制废玻璃的使用比例来调节碱金属氧化物含量，制备相对繁琐、耗能严重且其力学性能较差。本项目探索通过对废玻璃和粉煤灰原料进行水热处理，以此引入水分作为烧结时发泡剂，加入适量的成核剂，通过烧结制备出具有高强度、高性能的多孔微晶玻璃。研究了在不同水热和烧结温度下制备出的多孔微晶玻璃的孔隙率、抗弯性能、渗透性能和导热性能，揭示了水热和烧结条件对多孔微晶玻璃性能的影响，为研究具备高强度、多功能、高性能的多孔微晶玻璃提供理论支撑。主题词多孔微晶玻璃；水热处理；烧结一、项目的立论依据与研究内容（可附加页）1. 项目的立论依据（列出主要参考文献）当今新型材料层次不穷，但是多孔玻璃以其永久性、安全性、高可靠性，在低温绝缘、防潮工程、吸声等领域占据着越来越重要的地位1，从建筑领域来看，多孔玻璃用作墙体保温材料，可以恒久保持隔热性能，用于屋面保温，还可以起到第二道防水作用。因此，在众多隔热保温材料中，多孔玻璃是未来住宅最理想的节能环保型保温材料之一，不仅适合建筑外墙、地下室的保温，而且更适合屋面内墙、屋顶保温和旧有住宅的节能改造2-3。国内外关于多孔微晶玻璃的制备过程，主要包括粉末烧结法、溶胶-凝结法、整体析晶法-酸浸法等4。粉末烧结法主要是指通过玻璃粉末之间产生颗粒粘结，然后经过物质迁移使粉末产生强度并导致致密和再结晶，其成型阶段可以分为两种情况：一种是将不同颗粒大小的玻璃粉加入粘结剂和发泡剂，混合均匀放入模具压制成型，其中粘结剂和发泡剂在100-400分解挥发而形成一定量孔隙5，杨梅等4人通过使用水、硬脂酸和聚乙烯醇作为粘结剂和发泡剂制备出了多孔微晶玻璃，此方法可以通过控制粘结剂和发泡剂添加量来控制孔径大小和孔率，但是制备出的多孔微晶玻璃强度较低；第二种是不加任何粘结剂和发泡剂，采用不同热处理制度制得多孔微晶玻璃，此方法相对简单，但是由于控制手段单一，制备所得的多孔微晶玻璃各方面性能较差。整体析晶-酸浸法是将熔制好的玻璃液加工成型后，对其进行热处理使其整体析晶，由于生成的晶体可以溶于酸，所以将析晶后的玻璃酸浸、水洗便得到了多孔微晶玻璃，同济大学的王德平6等已用此种方法研制了多孔磷酸盐微晶玻璃，由于热处理制度的确定是是多孔微晶玻璃生产的关键，因此此方法对于热处理的控制较为苛刻。溶胶-凝胶法是以金属有机或无机化合物溶液为原料，经水解、缩合反应生成溶胶，再固化为凝胶，最后经过热处理制的氧化物或其它化合物固体材料的方法。Sepulveda等7采用发泡法制备出孔径高达500um的大孔生物凝胶玻璃，该方法的制备温度较传统温度较低，避免某些组分挥发，减少污染，但是其实成本较高且凝胶在烧结过程中易变形8。上述方法皆存在工艺繁琐、耗能严重5、强度不高等若干问题，而仅通过水热处理原料11-13，再加入少许辅助原料制备出具有微晶相的多孔玻璃却鲜有报道。本项目中的多孔微晶玻璃是以碎玻璃、粉煤灰14-15为主要原料，经研磨、筛分后水热处理，加入成核剂完成配料，然后将配合料压块处理后放入高温电炉中，经熔融、发泡、析晶、退火等16-18工艺制成的多孔微晶玻璃材料。多孔微晶玻璃是不仅具有多孔玻璃的所有优点，同时还解决了多孔玻璃机械强度不高和微晶玻璃造价过高、容重较大的缺点，使用其作为装饰和墙体材料可大大降低建筑物的重量，提高建筑物的内在质量且降低建造成本.本项目将以碎玻璃、粉煤灰为原料，经球磨处理后通过水热处理后再加入少量成核剂，按照一定的升温制度制得多孔微晶玻璃，测试其相关性能，并对其影响因素进行分析。参考文献： 1 顾永成.泡沫玻璃的制造与应用J.玻璃与搪瓷, 1994, 22(4):50-53.2 王凤杰.新型节能建筑材料J.中国陶瓷, 2004, 10:17-19.3 田英良, 刘童杰.泡沫玻璃在建筑节能中的应用J.新型建筑材料, 2002, 6 :48-51.4 杨梅, 王立久.多孔微晶玻璃的制备、性能及用途J.材料导报, 2007, 21(9):418-420.5 张士华, 熊党生.-磷酸三钙多孔生物陶瓷的制备与表征J.南京理工大学学报, 2005, 29(2):231.6 王德平, 黄文日, 周萘.钙钛磷酸盐微晶玻璃的过析晶作用及其热力学分析J.无机材料学报, 2003, 18(6): 1169-1176.7 Lenza R.F.S, Vascocelos W.L, Jones J.R, et al.J master.SCIJ., 2002, (13):837.8 Jerzy.Past and present of sol-gel science and technology.Sol-gel, Sci Techn, 1997, (8):17.9 李金平, 杨付, 郭杏林.多孔微晶玻璃的烧结及弹性模量研究J.硅酸盐学报, 1999, 27(3):370-375.10 蒋晓勇, 练国锋, 张华, 等.微波加热吹玻璃制备多孔轻质隔热材料J.陶瓷学报, 2012, 33(2):198-202.11 Z.Matamoros-veloza, K.Yanagisawa, J.C.Rendon-angeles, et al.Preparation of porous hot pressed glass solid state Ionics, 2004, 172:596-600. 12 Kazumichi Yanagisawa, Ningzhong Bao, Liming Shen, et al. materials from glassesJ. Eurpean Ceramic Society, 2006, 26:761-765.13 Ying Du, Meiping Zhu, Zhan Sui, Kui Yi, et al.Porous antireflective coatings with controlled thickness and refractive index on glassJ.Non-Crystalline Solids, 2013, 363:26-31.14 王立久, 王伟, 曹明丽.泡沫玻璃微晶化研究进展J.玻璃与搪瓷, 2003, 31(2):56-59.15 吴义, 陈克荣.泡沫玻璃与微晶泡沫玻璃的研制J.南京大学学报, 1999, 35(3):374-378.16 周艳艳, 朱婵媛, 李岳.热处理对多孔玻璃孔径的影响J.长春理工大学学报, 2009, 32(2):307-309.17 刘新年郭宏伟.多孔微晶玻璃的研制及性能J.中国陶瓷工业, 2010, 17(4):31-34.18 黄光锋, 卢安贤.多孔玻璃应用研究的新进展J.玻璃与搪瓷, 2006, 34(4):49-52.2. 项目的研究内容、研究目标和拟解决的关键问题对废玻璃料、粉煤灰进行水热处理，而后加入适量的氧化钙完成配料，通过压块、烧结制得多孔微晶玻璃，其研究内容如下：（1）不同水热条件和烧结条件对孔径分布和孔径大小的影响研究在不同温度和不同时间水化处理对多孔微晶玻璃的孔径分布和孔径大小的影响；研究在不同温度和不同时间烧结对多孔微晶玻璃的孔径分布和孔径大小的影响。（2）不同水化条件和烧结温度对玻璃析晶效果的影响对不同温度和时间下水热处理后的原料进行分析，主要包括质量变化和能谱分析，研究不同温度和时间下水热处理后对玻璃析晶的影响。本项目研究目标：本项目通过对废玻璃和粉煤灰进行水热处理，达到脱碱和引水的目的，通过脱碱使得原料中碱金属含量达到适当水平从而提高多孔微晶玻璃的抗弯强度，通过引入适当含量的水分使得在烧结过程中取代传统使用的发泡剂。 拟解决的关键问题：对于隔热用多孔微晶玻璃，由于其热导性能和渗透性能都与其孔隙结构有重要联系，而抗弯强度与微晶相的含量有重要关系，所以对于本项目而言，控制水热程度和烧结程度至关重要，这也是我们要解决的两个关键问题，具体而言，即(一)合适的水热温度和水热时间，(二)合适的烧结温度和烧结时间。3. 拟采用的研究方法、技术路线及可行性分析3.1研究方法及技术路线本项目技术路线如3-1图所示，首先对废玻璃料、粉煤灰进行水热处理；对水热处理后废玻璃和粉煤灰进行分析;添加适量的氧化钙并压制成型;直接进行高温烧结;对制备出的多孔微晶玻璃进行形貌分析，测试其孔隙率、渗透性能、抗弯性能和导热性能。水热处理废玻璃、粉煤灰添加成核剂压制成型烧结渗透性能力学性能导热性能球磨处理形貌结构图3-1项目技术路线3.2可行性分析研究表明，玻璃经水热处理后的会在表面形成淋滤层和凝胶层，其相对疏松的结构会使少量的水吸附其中，而且水与玻璃中硅氧键反应而生成的硅醇键会在高温下分解，从而释放出水分子，当直接高温烧结时，压块样品由外及内熔化，而内部挥发的水蒸气会在外部熔融的原料中产生许多微小气泡，从而产生多孔结构，通过控制水热和烧结程度来控制孔隙率和孔隙大小；废玻璃中含有高含量的碱金属氧化物（Na2O+K2O约14%），程金树等深入研究了Na2O对微晶玻璃烧结和析晶的影响，证实了其对微晶玻璃烧结具有促进作用，但当含量达到9%时，由于晶相含量的减少，使得晶相和玻璃咬合程度降低，导致抗弯强度降低，因此通过水热处理降低碱金属氧化物含量，从而烧结过程中得到适当比例的晶相和玻璃相，提高抗弯强度。4. 项目的创新之处通过对废玻璃和粉煤灰进行化热处理来达到脱碱和发泡目的，脱碱可以提高多孔微晶玻璃的抗弯强度，通过高温促进水的挥发来替代传统的炭黑和碳酸钙作为发泡剂。5. 年度研究计划、预期研究成果本研究课题计划从2013年7月开始，到2014年6月结束，总体进度安排如下：（1）2013.07-2013.08 查阅总结相关文献，细化试验方案； (2) 2013.08-2013.12 具体实验 （3）2013.12-2014.02 试验总结 （4）2014.02-2014.05 撰写论文并提交 （5）2014.06 完成验收本研究课题预期研究成果如下： （1）提供符合技术性能指标的样品； (2) 提供一套完整的制备技术工艺；（3）提交1-2篇学术论文（4）申请一项国家专利二、研究基础与工作条件1. 与本项目有关的研究工作基础我们已经系统研究了关于不同条件下水热玻璃的反应机理，研究了利用废玻璃和粉煤灰制造微晶玻璃的过程中，不同变量因素对于微晶玻璃烧结行为和组织结构的影响，得出了废玻璃和粉煤灰的最佳比例，氧化钙的最佳含量，以及最佳的原始颗粒尺寸等等。2. 近期已发表与本项目有关的主要论著目录和科研成果名称、获奖情况（申请者和项目组主要成员的名字一律隐去，或用表示）XXX, XXX.MgF2含量对Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃组织和光学性能的影响.材料热处理学报, 2013XXX, XXX.废玻璃和粉煤灰制备微晶玻璃的快速烧结-晶化行为.材料热处理学报, 2011XXX, XXX.利用废料直接烧