图3　PCC-Ⅱ型铸造陶瓷　室温620℃保温20min670℃保温30min的晶粒分布　SEM　×750

2.3 PCC-Ⅱ型铸造陶瓷晶化升温程序及晶相含量的确定
　　从室温以10 ℃/min的速度升温至620 ℃,保温20分钟,再以5 ℃/min的速度升温至670 ℃,保持30分钟;在完成整个晶化热处理程序后,试件晶相含量在50%～60%之间。

3 讨 论
　　在结晶物质或玻璃物质中的结构变化会伴随着以热的形式放出能量,因为规则的晶体点阵的自由能比无规则的液态要小。玻璃陶瓷在结晶过程中有一定的放热反应,结晶的高峰期,最大放热时间与最大晶粒增长间成正比。差热分析(DTA)是一种研究物质在高温下的反应或相变的技术,因此可用差热分析初步确定材料晶化的温度范围。本实验中Plat-Ⅱ型铸造玻璃陶瓷经差热分析观察到一个峰值,析晶温度在635～679 ℃之间。但在差热分析测试过程中材料本身有一定的升温过程,且升温速度较快(20 ℃/min),造成温度性上冲,必将影响结果的准确性。故在做扫描电镜观察时,对此温度做下限20 ℃,上限10 ℃左右的调整［7,8］。
　　热处理过程分为两阶段,第一阶段是把玻璃陶瓷从室温加热到成核温度［3,7］。一般而言,此处所用的升温速度并不是晶化工艺的关键,主要是要求试件不至于由于所形成的温度梯度而产生太高的应力而导致试件破裂。升温速度主要由玻璃陶瓷的热膨胀系数和试件的厚度及尺寸大小决定,具有低热膨胀系数的玻璃陶瓷比具有高热膨胀系数的玻璃陶瓷,更能承受较高的温度梯度而不至于变形破裂,薄型试件可以安全地使用高达10 ℃/min的升温速度。本实验第一阶段采用10 ℃/min的升温速度,所有试件在扫描电镜观察下未发现裂纹。玻璃陶瓷成核发生在最佳成核温度和退火点间的任一温度。
　　第二阶段为晶核成长阶段,已经核化的玻璃陶瓷需要进一步升温,以便使晶核成长,升温速度应仔细控制,防止玻璃陶瓷变形。升温速度过快,晶粒成长速度不一定能足够快,以保证在所有温度下都有一个坚固的结晶“骨架”。快速加热也可导致玻璃陶瓷变形破裂,这是因为所形成的某些晶粒,具有和玻璃相不同的密度,以及随着晶化所产生的体积变化,使玻璃相和结晶相中产生应力［9,10］。使用缓慢加热,可使这些应力被玻璃相的粘滞流动消除,这种缓慢升温将一直延续到晶化上限温度。随着温度的升高,晶化进行得越来越快,为防止玻璃相还居支配地位的初期阶段发生变形,所用的加热速度一般不超过5 ℃/min。本实验的晶核成长升温过程选择:从620 ℃以5 ℃/min的速度升温至670 ℃,保持30分钟,在扫描电镜下观察到试件内晶粒分布均匀,晶粒的直径为10～12 μm,晶粒之间相互连接、嵌合,形成网状,这种结构使材料的强度增加,此时晶相含量约在50%～60%之间。

责任编辑：姚红祥