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表二：項(xiàng)目類(lèi)別項(xiàng)目編號(hào)南昌航空大學(xué)研究生創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（自然科學(xué)類(lèi)）申 請(qǐng) 書(shū) 項(xiàng)目名稱(chēng)：利用廢玻璃、粉煤灰制備多孔微晶玻璃及其隔熱性能研究注意：研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目申請(qǐng)書(shū)（表二）所填寫(xiě)全部?jī)?nèi)容不得出現(xiàn)申請(qǐng)者及項(xiàng)目組成員的姓名及相關(guān)信息，否則，將視為形式審查不合格。簡(jiǎn) 表課題名稱(chēng)利用廢玻璃、粉煤灰制備多孔微晶玻璃及其隔熱性能研究主題詞廢玻璃、粉煤灰；多孔微晶玻璃；隔熱學(xué)科分類(lèi)材料工程學(xué)研究類(lèi)型B A.基礎(chǔ)研究 B.應(yīng)用研究 C.綜合研究 D.其他研究項(xiàng)目負(fù)責(zé)人有關(guān)信息性別男民族漢出生日期1986.9.29主要參加者性別出生年月專(zhuān)業(yè)職務(wù)研究專(zhuān)長(zhǎng)學(xué)歷學(xué)位工作單位男1969.10教授無(wú)機(jī)非金屬材料研究生博士南昌航空大學(xué)男1978.12講師數(shù)值模擬研究生博士南昌航空大學(xué)男1980.11講師材料性能評(píng)價(jià)研究生博士南昌航空大學(xué)摘要多孔微晶玻璃作為一種高性能無(wú)機(jī)非金屬材料，具有比表面積大，強(qiáng)度高，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、石油、化工、國(guó)防等領(lǐng)域。傳統(tǒng)多孔微晶玻璃主要以碳酸鈣和炭黑作為主要發(fā)泡劑，通過(guò)控制廢玻璃的使用比例來(lái)調(diào)節(jié)堿金屬氧化物含量，制備相對(duì)繁瑣、耗能?chē)?yán)重且其力學(xué)性能較差。本項(xiàng)目探索通過(guò)對(duì)廢玻璃和粉煤灰原料進(jìn)行水熱處理，以此引入水分作為燒結(jié)時(shí)發(fā)泡劑，加入適量的成核劑，通過(guò)燒結(jié)制備出具有高強(qiáng)度、高性能的多孔微晶玻璃。研究了在不同水熱和燒結(jié)溫度下制備出的多孔微晶玻璃的孔隙率、抗彎性能、滲透性能和導(dǎo)熱性能，揭示了水熱和燒結(jié)條件對(duì)多孔微晶玻璃性能的影響，為研究具備高強(qiáng)度、多功能、高性能的多孔微晶玻璃提供理論支撐。主題詞多孔微晶玻璃；水熱處理；燒結(jié)一、項(xiàng)目的立論依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（可附加頁(yè)）1. 項(xiàng)目的立論依據(jù)（列出主要參考文獻(xiàn)）當(dāng)今新型材料層次不窮，但是多孔玻璃以其永久性、安全性、高可靠性，在低溫絕緣、防潮工程、吸聲等領(lǐng)域占據(jù)著越來(lái)越重要的地位1，從建筑領(lǐng)域來(lái)看，多孔玻璃用作墻體保溫材料，可以恒久保持隔熱性能，用于屋面保溫，還可以起到第二道防水作用。因此，在眾多隔熱保溫材料中，多孔玻璃是未來(lái)住宅最理想的節(jié)能環(huán)保型保溫材料之一，不僅適合建筑外墻、地下室的保溫，而且更適合屋面內(nèi)墻、屋頂保溫和舊有住宅的節(jié)能改造2-3。國(guó)內(nèi)外關(guān)于多孔微晶玻璃的制備過(guò)程，主要包括粉末燒結(jié)法、溶膠-凝結(jié)法、整體析晶法-酸浸法等4。粉末燒結(jié)法主要是指通過(guò)玻璃粉末之間產(chǎn)生顆粒粘結(jié)，然后經(jīng)過(guò)物質(zhì)遷移使粉末產(chǎn)生強(qiáng)度并導(dǎo)致致密和再結(jié)晶，其成型階段可以分為兩種情況：一種是將不同顆粒大小的玻璃粉加入粘結(jié)劑和發(fā)泡劑，混合均勻放入模具壓制成型，其中粘結(jié)劑和發(fā)泡劑在100-400分解揮發(fā)而形成一定量孔隙5，楊梅等4人通過(guò)使用水、硬脂酸和聚乙烯醇作為粘結(jié)劑和發(fā)泡劑制備出了多孔微晶玻璃，此方法可以通過(guò)控制粘結(jié)劑和發(fā)泡劑添加量來(lái)控制孔徑大小和孔率，但是制備出的多孔微晶玻璃強(qiáng)度較低；第二種是不加任何粘結(jié)劑和發(fā)泡劑，采用不同熱處理制度制得多孔微晶玻璃，此方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但是由于控制手段單一，制備所得的多孔微晶玻璃各方面性能較差。整體析晶-酸浸法是將熔制好的玻璃液加工成型后，對(duì)其進(jìn)行熱處理使其整體析晶，由于生成的晶體可以溶于酸，所以將析晶后的玻璃酸浸、水洗便得到了多孔微晶玻璃，同濟(jì)大學(xué)的王德平6等已用此種方法研制了多孔磷酸鹽微晶玻璃，由于熱處理制度的確定是是多孔微晶玻璃生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此此方法對(duì)于熱處理的控制較為苛刻。溶膠-凝膠法是以金屬有機(jī)或無(wú)機(jī)化合物溶液為原料，經(jīng)水解、縮合反應(yīng)生成溶膠，再固化為凝膠，最后經(jīng)過(guò)熱處理制的氧化物或其它化合物固體材料的方法。Sepulveda等7采用發(fā)泡法制備出孔徑高達(dá)500um的大孔生物凝膠玻璃，該方法的制備溫度較傳統(tǒng)溫度較低，避免某些組分揮發(fā)，減少污染，但是其實(shí)成本較高且凝膠在燒結(jié)過(guò)程中易變形8。上述方法皆存在工藝繁瑣、耗能?chē)?yán)重5、強(qiáng)度不高等若干問(wèn)題，而僅通過(guò)水熱處理原料11-13，再加入少許輔助原料制備出具有微晶相的多孔玻璃卻鮮有報(bào)道。本項(xiàng)目中的多孔微晶玻璃是以碎玻璃、粉煤灰14-15為主要原料，經(jīng)研磨、篩分后水熱處理，加入成核劑完成配料，然后將配合料壓塊處理后放入高溫電爐中，經(jīng)熔融、發(fā)泡、析晶、退火等16-18工藝制成的多孔微晶玻璃材料。多孔微晶玻璃是不僅具有多孔玻璃的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還解決了多孔玻璃機(jī)械強(qiáng)度不高和微晶玻璃造價(jià)過(guò)高、容重較大的缺點(diǎn)，使用其作為裝飾和墻體材料可大大降低建筑物的重量，提高建筑物的內(nèi)在質(zhì)量且降低建造成本.本項(xiàng)目將以碎玻璃、粉煤灰為原料，經(jīng)球磨處理后通過(guò)水熱處理后再加入少量成核劑，按照一定的升溫制度制得多孔微晶玻璃，測(cè)試其相關(guān)性能，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析。參考文獻(xiàn)： 1 顧永成.泡沫玻璃的制造與應(yīng)用J.玻璃與搪瓷, 1994, 22(4):50-53.2 王鳳杰.新型節(jié)能建筑材料J.中國(guó)陶瓷, 2004, 10:17-19.3 田英良, 劉童杰.泡沫玻璃在建筑節(jié)能中的應(yīng)用J.新型建筑材料, 2002, 6 :48-51.4 楊梅, 王立久.多孔微晶玻璃的制備、性能及用途J.材料導(dǎo)報(bào), 2007, 21(9):418-420.5 張士華, 熊黨生.-磷酸三鈣多孔生物陶瓷的制備與表征J.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2005, 29(2):231.6 王德平, 黃文日, 周萘.鈣鈦磷酸鹽微晶玻璃的過(guò)析晶作用及其熱力學(xué)分析J.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào), 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, 楊付, 郭杏林.多孔微晶玻璃的燒結(jié)及彈性模量研究J.硅酸鹽學(xué)報(bào), 1999, 27(3):370-375.10 蔣曉勇, 練國(guó)鋒, 張華, 等.微波加熱吹玻璃制備多孔輕質(zhì)隔熱材料J.陶瓷學(xué)報(bào), 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, 王偉, 曹明麗.泡沫玻璃微晶化研究進(jìn)展J.玻璃與搪瓷, 2003, 31(2):56-59.15 吳義, 陳克榮.泡沫玻璃與微晶泡沫玻璃的研制J.南京大學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 35(3):374-378.16 周艷艷, 朱嬋媛, 李岳.熱處理對(duì)多孔玻璃孔徑的影響J.長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 32(2):307-309.17 劉新年郭宏偉.多孔微晶玻璃的研制及性能J.中國(guó)陶瓷工業(yè), 2010, 17(4):31-34.18 黃光鋒, 盧安賢.多孔玻璃應(yīng)用研究的新進(jìn)展J.玻璃與搪瓷, 2006, 34(4):49-52.2. 項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題對(duì)廢玻璃料、粉煤灰進(jìn)行水熱處理，而后加入適量的氧化鈣完成配料，通過(guò)壓塊、燒結(jié)制得多孔微晶玻璃，其研究?jī)?nèi)容如下：（1）不同水熱條件和燒結(jié)條件對(duì)孔徑分布和孔徑大小的影響研究在不同溫度和不同時(shí)間水化處理對(duì)多孔微晶玻璃的孔徑分布和孔徑大小的影響；研究在不同溫度和不同時(shí)間燒結(jié)對(duì)多孔微晶玻璃的孔徑分布和孔徑大小的影響。（2）不同水化條件和燒結(jié)溫度對(duì)玻璃析晶效果的影響對(duì)不同溫度和時(shí)間下水熱處理后的原料進(jìn)行分析，主要包括質(zhì)量變化和能譜分析，研究不同溫度和時(shí)間下水熱處理后對(duì)玻璃析晶的影響。本項(xiàng)目研究目標(biāo)：本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)廢玻璃和粉煤灰進(jìn)行水熱處理，達(dá)到脫堿和引水的目的，通過(guò)脫堿使得原料中堿金屬含量達(dá)到適當(dāng)水平從而提高多孔微晶玻璃的抗彎強(qiáng)度，通過(guò)引入適當(dāng)含量的水分使得在燒結(jié)過(guò)程中取代傳統(tǒng)使用的發(fā)泡劑。 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：對(duì)于隔熱用多孔微晶玻璃，由于其熱導(dǎo)性能和滲透性能都與其孔隙結(jié)構(gòu)有重要聯(lián)系，而抗彎強(qiáng)度與微晶相的含量有重要關(guān)系，所以對(duì)于本項(xiàng)目而言，控制水熱程度和燒結(jié)程度至關(guān)重要，這也是我們要解決的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，具體而言，即(一)合適的水熱溫度和水熱時(shí)間，(二)合適的燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間。3. 擬采用的研究方法、技術(shù)路線(xiàn)及可行性分析3.1研究方法及技術(shù)路線(xiàn)本項(xiàng)目技術(shù)路線(xiàn)如3-1圖所示，首先對(duì)廢玻璃料、粉煤灰進(jìn)行水熱處理；對(duì)水熱處理后廢玻璃和粉煤灰進(jìn)行分析;添加適量的氧化鈣并壓制成型;直接進(jìn)行高溫?zé)Y(jié);對(duì)制備出的多孔微晶玻璃進(jìn)行形貌分析，測(cè)試其孔隙率、滲透性能、抗彎性能和導(dǎo)熱性能。水熱處理廢玻璃、粉煤灰添加成核劑壓制成型燒結(jié)滲透性能力學(xué)性能導(dǎo)熱性能球磨處理形貌結(jié)構(gòu)圖3-1項(xiàng)目技術(shù)路線(xiàn)3.2可行性分析研究表明，玻璃經(jīng)水熱處理后的會(huì)在表面形成淋濾層和凝膠層，其相對(duì)疏松的結(jié)構(gòu)會(huì)使少量的水吸附其中，而且水與玻璃中硅氧鍵反應(yīng)而生成的硅醇鍵會(huì)在高溫下分解，從而釋放出水分子，當(dāng)直接高溫?zé)Y(jié)時(shí)，壓塊樣品由外及內(nèi)熔化，而內(nèi)部揮發(fā)的水蒸氣會(huì)在外部熔融的原料中產(chǎn)生許多微小氣泡，從而產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制水熱和燒結(jié)程度來(lái)控制孔隙率和孔隙大小；廢玻璃中含有高含量的堿金屬氧化物（Na2O+K2O約14%），程金樹(shù)等深入研究了Na2O對(duì)微晶玻璃燒結(jié)和析晶的影響，證實(shí)了其對(duì)微晶玻璃燒結(jié)具有促進(jìn)作用，但當(dāng)含量達(dá)到9%時(shí)，由于晶相含量的減少，使得晶相和玻璃咬合程度降低，導(dǎo)致抗彎強(qiáng)度降低，因此通過(guò)水熱處理降低堿金屬氧化物含量，從而燒結(jié)過(guò)程中得到適當(dāng)比例的晶相和玻璃相，提高抗彎強(qiáng)度。4. 項(xiàng)目的創(chuàng)新之處通過(guò)對(duì)廢玻璃和粉煤灰進(jìn)行化熱處理來(lái)達(dá)到脫堿和發(fā)泡目的，脫堿可以提高多孔微晶玻璃的抗彎強(qiáng)度，通過(guò)高溫促進(jìn)水的揮發(fā)來(lái)替代傳統(tǒng)的炭黑和碳酸鈣作為發(fā)泡劑。5. 年度研究計(jì)劃、預(yù)期研究成果本研究課題計(jì)劃從2013年7月開(kāi)始，到2014年6月結(jié)束，總體進(jìn)度安排如下：（1）2013.07-2013.08 查閱總結(jié)相關(guān)文獻(xiàn)，細(xì)化試驗(yàn)方案； (2) 2013.08-2013.12 具體實(shí)驗(yàn) （3）2013.12-2014.02 試驗(yàn)總結(jié) （4）2014.02-2014.05 撰寫(xiě)論文并提交 （5）2014.06 完成驗(yàn)收本研究課題預(yù)期研究成果如下： （1）提供符合技術(shù)性能指標(biāo)的樣品； (2) 提供一套完整的制備技術(shù)工藝；（3）提交1-2篇學(xué)術(shù)論文（4）申請(qǐng)一項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利二、研究基礎(chǔ)與工作條件1. 與本項(xiàng)目有關(guān)的研究工作基礎(chǔ)我們已經(jīng)系統(tǒng)研究了關(guān)于不同條件下水熱玻璃的反應(yīng)機(jī)理，研究了利用廢玻璃和粉煤灰制造微晶玻璃的過(guò)程中，不同變量因素對(duì)于微晶玻璃燒結(jié)行為和組織結(jié)構(gòu)的影響，得出了廢玻璃和粉煤灰的最佳比例，氧化鈣的最佳含量，以及最佳的原始顆粒尺寸等等。2. 近期已發(fā)表與本項(xiàng)目有關(guān)的主要論著目錄和科研成果名稱(chēng)、獲獎(jiǎng)情況（申請(qǐng)者和項(xiàng)目組主要成員的名字一律隱去，或用表示）XXX, XXX.MgF2含量對(duì)Li2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃組織和光學(xué)性能的影響.材料熱處理學(xué)報(bào), 2013XXX, XXX.廢玻璃和粉煤灰制備微晶玻璃的快速燒結(jié)-晶化行為.材料熱處理學(xué)報(bào), 2011XXX, XXX.利用廢料直接燒