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偏光顯微鏡在硅酸鹽材料中的應(yīng)用-上海光學(xué)儀器一廠
在玻璃材料的研究和生產(chǎn)中，偏光顯微鏡得到了較為廣泛的應(yīng)用。玻璃是一種非晶態(tài)固體，在正交偏光鏡下呈全消光，但制備玻璃所用原料大都是晶態(tài)原料，同時在玻璃制備過程中往往會出現(xiàn)少量結(jié)石、氣泡、條紋等缺陷。而這些缺陷的避免一直是玻璃制品研究和生產(chǎn)中必須解決的問題。玻璃結(jié)石實際上是一種晶態(tài)物質(zhì)，源于玻璃中的未熔物、析晶以及熔制過程中耐火材料侵蝕等原因。不同來源的結(jié)石在偏光顯微鏡下往往有不同的形貌特征，如源于未熔原料的方石英呈骨架狀，往往與鱗石英和殘余石英伴生；由于玻璃析晶形成的骨架狀方石英則均勻分布在玻璃相中；而源于耐火材料侵蝕的方石英則呈蜂窩、粟粒狀。利用偏光顯微鏡就可以方便地鑒定玻璃結(jié)石的種類和成因，為玻璃制備和質(zhì)量控制提供手段。
另在玻璃材料的制備過程中，玻璃配合料中的各種礦物顆粒、晶相顆粒通過一些固相、液相反應(yīng)而zui終形成玻璃。對硅酸鹽形成過程和玻璃形成過程的研究對玻璃新材料的開發(fā)具有重要價值。使用高溫金相顯微鏡則可以直觀地觀察到礦物顆粒在加熱過程中的反應(yīng)過程，并為固相反應(yīng)過程提供動力學(xué)數(shù)據(jù)。
玻璃結(jié)石中的骨架狀方石英 玻璃結(jié)石中的蜂窩狀方石英
在陶瓷材料研究中，人們將光學(xué)顯微分析法引入到陶瓷研究中，形成了陶瓷巖相分析。陶瓷巖相是研究陶瓷的種類、自形程度、形狀、大小、數(shù)量和空間分布及相互關(guān)系等。在陶瓷巖相的研究中，我國科學(xué)家提出了“陶瓷顯微結(jié)構(gòu)"這一術(shù)語，其內(nèi)容主要是指在顯微鏡下觀察陶瓷中不同相的存在和分布，晶粒的大小、形狀和取向，氣孔的形狀和位置，各種雜質(zhì)、缺陷和微裂紋的存在形式和分布以及晶界特征等。利用顯微鏡研究陶瓷材料可以幫助我們判斷陶瓷的性能和質(zhì)量、監(jiān)控陶瓷制品生產(chǎn)過程、以提高產(chǎn)品質(zhì)量。
在耐火材料研究和生產(chǎn)過程中，偏光顯微鏡可用來研究耐火材料的顯微結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)工藝條件、耐火材料性能等之間的關(guān)系。它在耐火材料生產(chǎn)、改善耐火材料性能、開發(fā)新產(chǎn)品等方面具有獨到之處。
在水泥工業(yè)生產(chǎn)中，利用顯微光學(xué)分析的方法可以對水泥熟料和原料進(jìn)行鑒定分析，研究水泥熟料中的礦物組成和顯微結(jié)構(gòu)，了解熟料形成過程和水化機(jī)理，幫助解決生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種問題。水泥熟料礦物晶體細(xì)小，一般僅幾十個微米，在偏光顯微鏡下鑒定晶體光學(xué)性質(zhì)有一定困難。而經(jīng)過適當(dāng)浸蝕處理的熟料光片，可在反光顯微鏡下觀察到輪廓清晰的晶體，并加以區(qū)分和分析。如經(jīng)過1% NH4Cl水溶液浸蝕處理的水泥熟料，其主要晶相硅酸三鈣固溶體（A礦）呈藍(lán)色的六角板狀、柱狀結(jié)構(gòu)，而硅酸二鈣（B礦）則呈棕黃色的圓粒狀結(jié)構(gòu)。經(jīng)蒸餾水浸蝕的水泥熟料中的游離氧化鈣呈彩虹色。不同的熟料形成環(huán)境下得到的礦物形貌特征各不相同，因此可以用來研究水泥熟料形成機(jī)理。
正常水泥熟料的A礦照片
光學(xué)顯微分析法在高分子材料科學(xué)方面也有應(yīng)用。當(dāng)高聚物溶液或熔融態(tài)在在通常條件下析晶時，可以生成單晶、樹枝晶、球晶等。如從高聚物濃溶液或熔融體中冷卻結(jié)晶時，高聚物傾向生成球晶結(jié)構(gòu)。球晶的直徑可達(dá)幾十、幾百微米，可以在光學(xué)顯微鏡中直接觀察。
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