《礦渣微晶玻璃微觀缺陷及界面結構的實驗與模擬研究》是依託深圳大學，由任祥忠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：礦渣微晶玻璃微觀缺陷及界面結構的實驗與模擬研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：任祥忠
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
礦渣微晶玻璃被認為是21世紀具有廣闊發展前景的新材料，也是當前優先發展的高技術產業，然而由於礦渣微晶玻璃生產的複雜性，實現礦渣微晶玻璃的工業化生產還有很多技術問題需要解決。本項目擬採用分子動力學模擬、全組態完全對角化方法，結合正電子湮沒、電子自旋共振、中子衍射等先進分析測試技術，系統研究化學組成、晶核劑種類及數量、晶化工藝條件等對礦渣微晶玻璃的電子狀態、微缺陷、晶界結構的形成和演化過程的影響特徵，從理論和實驗上解釋礦渣微晶玻璃微觀結構的形成機制，揭示晶核劑的作用機理，明確礦渣微晶玻璃組成、工藝、結構和性能之間的關係，使礦渣微晶玻璃的設計與研究上升到原子和分子水平，為礦渣微晶玻璃微觀結構的控制，晶核劑種類與數量的選擇，晶化工藝條件的最佳化，提供先期的理論預測與科學依據，以理論指導工藝的改進，加速礦渣微晶玻璃產業化的進程。
結題摘要
本項目採用分子動力學模擬結合XRD、SEM、PAT、ESR等先進分析測試技術，系統研究了化學組成、晶核劑種類及數量、晶化工藝條件等對CaO/MgO-Al2O3-SiO2系礦渣微晶玻璃的電子狀態、微缺陷、晶界結構的形成及力學性能的影響。主晶相為堇青石的MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃在凝固過程中，冷卻速率對微晶玻璃的析晶及玻璃化有很大影響，當冷卻速率過大時，原子來不及發生大規模位移而被“凍結”，其原子遷移至平衡位置的能力受到了一定抑制，原子排布發生了一定程度無序化而形成部分非晶。當以適宜的冷卻速率降溫時，玻璃體將會有晶相得析出，從而最終形成含有部分晶相微晶玻璃。在CaO-Al2O3-SiO2（CAS）系玻璃的微觀結構中，玻璃結構骨架由Si4+、Al3+離子與O2-離子構成四面體之間無序排列，SiO4、AlO4四面體都是共角頂聯結，而沒有共棱、共面。隨著Ca2+離子的增多，Ca2+離子吸引氧原子並與Si4+ 、Al3+離子進行抗爭，從而使部分作為橋氧的T-O-T(T為Si或Al)鍵斷裂，自由氧增多，非橋氧含量變大。SiO4、AlO4四面體聯結變的疏鬆，網路的聚合度也越來越小，同時隨著溫度的增高，T-O（T為Si、Al）鍵變弱而斷裂使體系中橋氧也逐漸的減少。以赤泥為原料製備的CAS系微晶玻璃中，當赤泥的添加量為32%時，抗彎強度達到最大值，為179MPa，顯微硬度是865HV，但過多赤泥的加入，會導致晶體過多，微晶玻璃體內的長程無序度增加，Si-O-Si， Si-O-Al和Al-O-Al部分骨架斷裂，微晶玻璃的機械性能變弱。本項目採用分子動力學模擬從分子原子水平上解釋礦渣微晶玻璃微觀結構的形成機制，揭示晶核劑的作用機理，明確微晶玻璃組成、工藝、結構和性能之間的關係，為礦渣微晶玻璃產業化提供先期的理論預測與科學依據。
