Study on the glass-ceramics containing coal bottom ashes fabricated by 2-stages heat treatment method

The glass-ceramics containing bottom ash (B/A) which was a by-produced from an electrical power plant was fabricated and its crystalline phase, microstructure and mechanical properties were analyzed. At first, the glass was fabricated by adding modifier oxide $Li_2O$ to lower the melting temperature of coal bottom ash. The glass obtained was heat-treated by using a 2-stage process to crystallize, that is to say, to increase the degree of crystallization in the glass-ceramics, the first heat treatment for nucleation was performed followed by the secondary one for the growth of nucleates. The main crystalline phase formed in the glass-ceramics was ${\beta}$-spodumene and the secondary phase was $L_2SiO_3$. It was recognized that the degree of crystallization of glass-ceramics was increased with a holding time of the secondary heat treatment stage. In the case of the specimens hold up to 3 hour, the crystallization was not completed and the microstructures and morphologies of crystalline phase were not uniform. In the specimens of holding time over 9 hours, the cracks were generated inside of it, so its compressive strength would decrease due them. In conclusion, it was able to obtain the optimum condition to fabriate the glass-ceramics having the properties of high crystallization degree, uniform microstructures and morphologies and the high mechanical strength.

2단계 열처리법으로 제조된 석탄바닥재가 주성분인 결정화 유리에 관한 연구

화력발전소에서 배출된 석탄 바닥재(bottom ash, B/A)를 이용하여 결정화 유리를 제조하고 그 결정상, 미세구조 및 기계적 특성을 분석하였다. 먼저 바닥재의 용융점을 낮추기 위해 수식제로 $Li_2O$를 첨가하고 용융하여 유리를 제조하였다. 제조된 유리는 2단계 열처리 공정을 이용하여 결정화시켰다. 즉 핵형성을 위한 1차 열처리를 한 후 결정성장을 시키는 2차 열처리를 행함으로서 결정화도를 높이고자 하였다. 제조원 결정화유리에는 주 결정상으로 ${\beta}$-spodumene상이 그리고 부차적인 상으로 $Li_2SiO_3$이 생성되었다. 결정화된 시편의 결정화도는 2차 열처리 공정의 유지시간이 길수록 증가하였다. 유지시간이 3시간 이하일 때의 시편의 미세구조는 결정화가 완전히 일어나지 않았고 불균일한 형상을 보였으며 또한 9시간 이상이 되면 시편 내부에 균열이 발생하였으며, 이로 인하여 기계적 강도가 감소하였다. 결론적으로 시편의 결정화도가 우수하고, 미세구조가 균일하면서 기계적 강도값이 가장 높은 물성을 갖는 유리상의 제조가 가능한 조건을 얻을 수 있었다.