摘 要

本文通过模拟料道着色工艺研究了着色剂颗粒大小、着色温度和保温时间对微晶玻璃着色效果的影响，确定了特定组成的CaO–MgO–Al₂O₃–SiO₂体系微晶玻璃的最佳着色制度，对实际生产仿天然花纹的建筑装饰用微晶玻璃具有积极意义。本文采用水淬法制备了可与白色基础微晶玻璃同一制度热处理且与之晶化前后密度接近、热膨胀程度匹配的黑色着色剂。将水淬后的小颗粒着色剂按粒径大小筛选为0.45-0.6mm、0.6-0.9mm、0.9-2mm组，分别加入到不同的着色温度下的白色基础微晶玻璃料熔体中,再保温不同的时间，观察着色效果来确定最佳着色制度。此外，根据目前实际生产情况，还进行了较大颗粒（2-2.5mm）着色剂的实验。

本文的主要结论为，小颗粒着色剂在“粒径为0.45-0.6mm、着色温度为1400°C、保温时长为1.5h”的制度下着色效果最好，较大颗粒采用“1400°C着色、1h保温”制度时着色效果最好。

关键词：微晶玻璃；钙镁铝硅；料道着色；模拟；

Abstract

In this paper,the effect of colorant frit particle size,coloring temperature and holding time on the coloring effect of CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ glass-ceramics was studied by simulating fore-hearth coloring process to determine the optimum coloring process.This work has a positive significance to the production of the architectural decoration glass-ceramic with imitation of natural decorative pattern.According the former study,the white base glass-ceramics frit and the black colorant were prepared by melt water quenching method elaborately,so they could have the same-system heat treatment and get similar density and thermal expansion before and after crystallization.After water quenching,the colorant was pulverized by size to 0.45-0.6mm,0.6-0.9mm,0.9-2mm and the most practically applied 2-2.5mm.To simulating fore-hearth coloring process is to add those colorant to the white base glass-ceramic melt at different coloring temperature and then hold up for different time respectively.

The main Testing result is that the colorant with the size of 0.45-0.6mm colored at 1400°C and held up for 1.5h exhibited the best coloring effect and the color system comprising 1400°C coloring temperature and 1h soaking time gave the best result among2-2.5mm colorants.

Key Words：glass-ceramics;CMAS;fore-hearth coloring;simulation

目 录

第一章 绪论 1

1.1 微晶玻璃 1

1.1.1 微晶玻璃的结构、性能及应用 2

1.1.2 CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂体系微晶玻璃 2

1.1.3 微晶玻璃的制备方法 3

1.2 微晶玻璃的着色工艺 3

1.3 研究目的及内容 4

第二章 基础玻璃和着色剂的材料测试 5

2.1 测试目的 5

2.2 实验流程 5

2.3 实验试剂和仪器设备 5

2.4 配方计算 6

2.5 微晶玻璃的制备与测试 7

2.5.1 配料、融制、成型及退火 7

2.5.2 DSC测试 7

2.5.3 晶化及XRD测试 8

2.5.4 EPMA测试 8

2.5.5 热膨胀系数测试 9

2.5.6 密度测试 9

第三章 测试结果分析 10

3.1 热处理制度 10

3.2 晶相及微观形貌 11

3.3 变形相容性 13

第4章 模拟料道着色 14

4.1 制备白色基础玻璃料和着色剂 14

4.1.1 白色基础微晶玻璃料的制备 14

4.1.2 黑色着色剂的制备 14

4.2 着色制度实验 15

4.2.1 实验流程 15

4.2.2 小颗粒着色剂的着色工艺实验 15

4.2.3 较大颗粒着色剂的着色工艺实验 17

4.2.4 晶化后的着色效果分析 19

结论与展望 21

1. 结论 21

2. 展望 21

参考文献 22

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 微晶玻璃

微晶玻璃是将特定组成的基础玻璃控制晶化制得的一类多晶复相材料，含有大量微晶相及玻璃相，集中了玻璃的基本性能和陶瓷的多晶性能^[1]。

玻璃是典型的非晶态固体，有比晶态更高的内能，处热力学亚稳态，在一定的条件下可转变为晶态。玻璃熔体在冷却过程中粘度骤增，抑制了晶核的形成和生长，因此转变为非晶态是其动力学稳态的要求^[2]。微晶玻璃是人们充分利用玻璃特殊的热力学、动力学条件获得的新材料。

微晶玻璃不同于陶瓷也不同于玻璃。微晶玻璃与陶瓷的不同之处在于其中的晶相是从单一均匀的玻璃相或已产生相分离的区域通过成核和晶体生长产生的；而陶瓷材料中的晶相大部分是通过组分直接引入的，少部分是通过相反应出现的重结晶或新晶相生成。微晶玻璃与玻璃的不同之处在于其是尺寸为0.1-0.5um的微晶体和残余玻璃相组成的复相材料；玻璃则是无定形体或非晶态。另外微晶玻璃有透明体，也有带各种花纹和颜色的非透明体，而玻璃大多是颜色、透光率各异的透明体^[1]。

由玻璃制备多晶材料的历史可追溯到18世纪，那时人们就知道玻璃在适当的温度下经过足够时间的热处理后会失透或结晶。1957年，康宁公司科学家S.D.StoOnkey在研究感光材料时首先研制处理微晶玻璃^[3]。发展至今，微晶玻璃已然成为种类繁多、应用广泛、势头迅猛的新型材料，生产工艺有烧结法、压延法和浮法等，组成体系有硅酸盐系统、硼酸盐系统和铝酸盐系统等，按用途可分为生物微晶玻璃、结构微晶玻璃和建筑微晶玻璃等。