尾矿微晶玻璃绝缘薄膜制备及性能表征

Use metallurgical slag, tailings and other industrial waste residue as the main raw material to preparation mineral-slag glass-ceramic is an important way for industrial solid wastes’ utilization and innocent treatment. Current researches mainly focus on the improvement of mineral-slag glass-ceramic’s mechanical properties, while other functional performance such as heat, electricity, magnetic, etc. had been neglected. How to develop the functional utilization of microcrystalline glass of metallurgical industry solid wastes is very important in expanding the area of industrial waste resource utilization and keeping the resources and environment sustainable development.  on the basis of previous research work, in view of the slag glass-ceramics functional application research, we put forward this project, using the magnetron sputtering technology to prepare tailing glass-ceramic insulating film, explore the tailings glass-ceramics dielectric functional feasibility of applied research. Analysis of tailing glass-ceramic phase composition of the state of the magnetron sputtering coating deposition will be studied. Electrical features of tailing glass-ceramic magnetron sputtering coating will be characterized. Magnetron sputtering characteristic parameters and coating deposition condition and its corresponding relation between dielectric features will be proven. And provide a theoretical basis for solid waste resources’ high value-added utilization to provide theoretical basis.

以冶金渣、尾矿等工业废渣及天然矿物为主要原料制备矿渣微晶玻璃是工业固体废弃物资源化利用和无害化处理的重要途径。现有关于矿渣微晶玻璃的相关研究重点侧重于力学性能的提升，而忽略了微晶玻璃特有的热、电、磁等功能性。如何开展冶金工业固体废弃物微晶玻璃的功能化研究，是进一步拓宽工业废弃物资源利用领域，保持资源环境可持续化发展的重要方向。本项目在前期研究工作基础上，针对矿渣微晶玻璃功能化应用研究这一课题，提出利用磁控溅射技术制备尾矿微晶玻璃绝缘薄膜，探究尾矿微晶玻璃介电功能性应用研究的可行性。项目研究重在分析尾矿微晶玻璃物相组成成分对磁控溅射镀膜沉积状态的影响规律，表征尾矿微晶玻璃磁控溅射镀膜的电学功能特性，探明磁控溅射特征参数与镀膜沉积状态及其介电功能特性的对应关系，为固体废弃物资源的高附加值利用提供理论基础。

以冶金渣、尾矿等工业废渣及天然矿物为主要原料制备矿渣微晶玻璃是工业固体废弃物资源化利用和无害化处理的重要途径。本研究基于矿渣微晶玻璃功能化应用问题，采用烧结法制备了LZAS系微晶玻璃，研究了LZAS系微晶玻璃的热处理制度与结晶特性。在此基础上，采用丝网印刷法在金属基体表面制备了金属基LZAS微晶玻璃涂层，分析表征了金属基微晶玻璃涂层的结合机理及微观结构，提出不同的金属基体表面处理方式对于微晶玻璃涂层的结合效果和应力分布影响规律。研究结果为固体废弃物资源的高附加值利用提供理论基础。.1.以B2O3为助熔剂制备堇青石微晶玻璃时，试样的核化和晶化温度随着B2O3的添加量的增加呈现先降低后增加的趋势，当B2O3加入量为3%时，试样的核化和晶化温度最低分别为922℃和953℃，因此，在一定范围内添加适量的B2O3有利于玻璃的熔制工艺；但.堇青石系微晶玻璃由于与金属基体热膨胀性能差异较大，不适用于金属基体的复合相；.2.Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃析出的主晶相为二硅酸锂，在合适的晶化时间内，随着晶化时间的延长，二硅酸锂晶相会由球状晶向柱状晶转变，然而过长的晶化时间会使主晶相发生溶解，不利于微晶玻璃性能的提升。.3.Li2O-ZnO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃的最佳热处理制度：核化温度570℃，核化时间2 h，晶化温度682℃，晶化时间4 h，此时微晶玻璃晶相发展完全，结晶度、硬度最大，得到的微晶玻璃试样性能最好。.4.不同的金属基体预处理方式，对微晶玻璃涂层结合强度和涂层结构影响很大。而经喷砂处理的金属基微晶玻璃涂层结合力优于其他预处理方式，且涂层内残余应力较小。此时涂层具有三种结构：微晶玻璃层-混合层-氧化铁层-铁基层；微晶玻璃层-混合层-氧化铁层-喷砂颗粒-铁基层；微晶玻璃层-混合层-氧化铁层-混合层-铁基层。