MgO,ZrO2和N2O5矿化剂对钛酸铝分解晶相、动力学和性能的影响

论文摘要

钛酸铝是一种高熔点和低热膨胀系数的结构材料,具有优良的抗热震性。但其属于不稳定化合物,在750-1300℃温度范围内会分解为Ti02和α-A1203,添加MgO、ZrO2等矿化剂可以抑制钛酸铝的分解和提高钛酸铝的稳定性。本研究主要探讨MgO.Zr02和V205矿化剂对钛酸铝分解形成的晶相、分解动力学、分解性能的影响。采用XRD表征各试样的晶相结构,采用Rietveld quantification软件计算试样中各晶相含量,采用SEM法表征各试样的显微结构,同时表征分解前后各试样的性能,讨论分解反应机理和模型,建立动力学方程。实验结果表明,MgO矿化剂能与A12Ti05形成Al2-y Mgx+yTi1-xO5-0.5x-y固溶体,能有效地抑制A12Ti05的分解,能显著提高材料的热稳定性,能明显提高钛酸铝材料的抗折强度。钛酸铝含量随着分解时间增加而降低（900℃除外）,不同温度的分解速率大小顺序为：1100℃>1000℃>1200℃>900℃。分解反应过程属于化学反应为控制步骤,符合一级反应动力学方程：F（G）=（1-G）-2/3-1=Kt,求得900℃、1000℃、1100℃、1200℃的分解动力方程分别为：（1-G）-2/3-1=2.20×10-4t、（1-G）-2/3-1=9.58×10-4t、（1-G）-2/3-1=1.30×10-3t. （1-G）-2/3-1=9.30×10-4t。实验结果表明,Zr02矿化剂能与Al2TiO5形成Al2-xZrx+yTi1-yO5固溶体,能抑制钛酸铝的分解和提高其热稳定性（但矿化效果不如MgO）,能明显提高材料体积密度和降低显气孔率。钛酸铝含量随着分解时间增加而降低（900℃除外）,其分解速率比MgO矿化剂的大,分解速率大小顺序：6-11h,1200℃>1100℃>1000℃>900℃；11-18h,1100℃>1200℃>1000℃>900℃。分解反应过程属于化学反应为控制步骤,符合一级反应的动力学方程：F（G）=（1-G）-2/3-1=Kt（或F（G）=（1-G）-2/3-1=Kt-9.82×10-3）,求得900℃、1000℃、1100℃、1200℃的分解动力方程分别为：（1-G）-2/3-1=7.72×10-4t-9.82×10-3； （1-G）-2/3-1=1.32×10-3t；（1-G）-2/3-1=2.72×10-1t;（1-G）-2/3-1=1.76×10-1t.实验结果表明,添加少量V205能在670℃形成稳定的液相,能促进试样的烧结和提高试样的抗折强度,但不能有效地抑制钛酸铝的分解。分解速率大小顺序：6-11h,1100℃>1200℃>1000℃>900℃：11-18h,1100℃>1000℃>1200℃>900℃,其中1100℃钛酸铝全部分解,无法建立动力学方程。900℃、1000℃和1200℃的分解反应都符合化学反应控制步骤,满足一级化学反应动力学方程F（G）=（1-G）-2/3-1=Kt,求得相应的分解动力方程分别为：（1-G）-2/3-1=2.63×10-3t;（1-G）-2/3-1=0.81t;（1-G）-2/3-1=:0.40t.SEM分析结果,钛酸铝晶粒呈无规则的多面体状；α-Al2O3呈变形六方片状,金红石呈细小针状和柱状。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源
• 1.2 铝型材厂污泥简介
• 1.2.1 铝厂污泥概况
• 1.2.2 铝厂污泥的晶相结构
• 1.3 钛酸铝简介
• 1.3.1 钛酸铝基本的一些特性
• 1.3.2 AT材料的晶体结构
• 1.3.3 钛酸铝材料的热膨胀系数
• 1.3.4 钛酸铝的热滞后性能
• 1.3.5 钛酸铝的抗热震性
• 1.3.6 钛酸铝对复合材料的作用
• 1.4 钛酸铝材料性能的影响因素
• 1.4.1 烧成温度和保温时间
• 1.4.2 添加剂的作用
• 1.4.3 化学镀方法
• 1.4.4 不同的配方对钛酸铝材料性能的影响
• 1.5 钛酸铝的合成
• 1.6 钛酸铝材料的应用
• 第2章 实验内容及方法
• 2.1 原料组成
• 2.2 实验仪器与设备
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 研究内容
• 2.3.2 实验配方
• 2.3.3 样品制备
• 2.4 试样测试分析
• 2.4.1 X射线衍射分析（XRD）
• 2.4.2 抗折强度测试
• 2.4.3 热震抗折强度保持率测试
• 2.4.4 吸水率、显气孔率、体积密度测试
• 2.4.5 扫描电子显微镜分析（SEM）
• 2.5 钛酸铝热分解动力学建模
• 2.6 钛酸铝热分解反应机理的讨论
• 2.6.1 扩散为控制步骤的分解机理讨论
• 2.6.2 化学反应为控制步骤的分解机理讨论
• 第3章 MgO对钛酸铝分解动力学和性能的影响
• 3.1 MgO对钛酸铝晶相和分解动力学的影响
• 3.1.1 MgO对钛酸铝晶相的影响
• 3.1.2 分解温度对钛酸铝晶相分解率的影响
• 3.1.3 比较添加与未添加MgO矿化剂的钛酸铝分解率
• 3.2 钛酸铝热分解反应机理
• 3.2.1 扩散为控制步骤的分解机理讨论
• 3.2.2 化学反应为控制步骤的分解机理讨论
• 3.2.3 钛酸铝分解动力学方程的建立
• 3.3 MgO对钛酸铝分解性能的影响
• 3.3.1 性能分析
• 3.3.2 SEM分析
• 3.4 本章小结
• 2对钛酸铝分解动力学和性能的影响'>第4章 ZrO₂对钛酸铝分解动力学和性能的影响
• 2对钛酸铝晶相和分解动力学的影响'>4.1 ZrO₂对钛酸铝晶相和分解动力学的影响
• 2对钛酸铝晶相的影响'>4.1.1 ZrO₂对钛酸铝晶相的影响
• 4.1.2 分解温度对钛酸铝晶相分解率的影响
• 2矿化剂的钛酸铝分解率'>4.1.3 比较添加与未添加ZrO₂矿化剂的钛酸铝分解率
• 4.2 钛酸铝热分解反应机理
• 4.2.1 扩散为控制步骤的分解机理讨论
• 4.2.2 化学反应为控制步骤的分解机理讨论
• 4.2.3 钛酸铝分解动力学方程的建立
• 2对钛酸铝分解性能的影响'>4.3 ZrO₂对钛酸铝分解性能的影响
• 4.3.1 性能分析
• 4.3.2 SEM分析
• 4.4 本章小结
• 2O₅对钛酸铝分解动力学和性能的影响'>第5章 V₂O₅对钛酸铝分解动力学和性能的影响
• 2O₅对钛酸铝晶相和分解动力学的影响'>5.1 V₂O₅对钛酸铝晶相和分解动力学的影响
• 2O₅对钛酸铝晶相的影响'>5.1.1 V₂O₅对钛酸铝晶相的影响
• 5.1.2 分解温度对钛酸铝晶相分解率的影响
• 5.1.3 比较添加与未添加矿化剂的钛酸铝分解率
• 5.2 钛酸铝热分解反应机理
• 5.2.1 扩散为控制步骤的分解机理讨论
• 5.2.2 化学反应为控制步骤的分解机理讨论
• 5.2.3 钛酸铝分解动力学方程的建立
• 2O₅对钛酸铝分解性能的影响'>5.3 V₂O₅对钛酸铝分解性能的影响
• 5.3.1 性能分析
• 5.3.2 SEM分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间研究成果和发表或录用的学术论文