锆刚玉莫来石质多孔陶瓷材料的研究

论文摘要

本文以苏州土、α-Al2O3、硅酸锆为主要原料,合成主晶相为锆刚玉莫来石的陶瓷基体材料,采用常温松香发泡工艺制备轻质多孔陶瓷材料。为了获得性能优异的基体材料,充分利用刚玉相常温强度高和莫来石相高温力学性能好的优点。基体材料按照形成刚玉相与莫来石相的比为1:3进行配料,为了提高材料的韧性,引入氧化锆进行增韧。实验考察了MgO、CaO、BaO、CeO2、Y2O3等矿化剂对材料各项性能的影响,并运用阿基米德原理表征了材料的体积密度、抗折强度、线收缩率、气孔率等性能。同时探讨了各种添加剂的加入量、原料的细度、烧成温度对锆刚玉莫来石质陶瓷材料性能的影响。利用X射线衍射仪分析并计算了材料的晶相组成,通过测试材料的力学性能及观察电子扫描电镜下的微观结构,研究氧化锆的微裂纹效应及矿化剂对材料各项性能的影响规律。本研究采用松香发泡法制备锆刚玉莫来石质多孔陶瓷材料。实验探讨了发泡剂的皂化程度、明胶、碳酸钙等因素对发泡剂性能的影响,并考查了明胶、硫酸铝及松香皂等对多孔陶瓷成型性能的影响。研究表明:当基体材料中合成的刚玉相与莫来石相的比为1:3时,硅酸锆加入量为23%、碳酸钡2.7%、氧化镁1.2%,在1550℃下能够合成锆刚玉莫来石质陶瓷材料。经测试,该材料具有较好的常温力学性能及优良的高温性能,其抗折强度达332.4MPa,抗热震次数达18次。以此配方作为基体材料,采用松香发泡工艺,制得的多孔陶瓷材料的性能为:体积密度0.32g/cm3,抗压强度1.8MPa,抗热震次数24次,导热系数0.075W/（m·K）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 2 文献综述
• 2O₃-ZrO₂-SiO₂ 系统的组成'>2.1 Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂系统的组成
• 2.1.1 主晶相的组成
• 2.1.2 刚玉莫来石复相陶瓷发展概况与特性
• 2.2 改善刚玉莫来石复相陶瓷性能的研究
• 2.2.1 氧化锆对刚玉莫来石复相陶瓷材料性能的影响
• 2.2.2 矿化剂对刚玉莫来石复相陶瓷性能的影响
• 2.2.3 矿化剂对锆刚玉莫来石复相陶瓷性能的影响
• 2.3 多孔陶瓷概述
• 2.3.1 多孔陶瓷材料的分类
• 2.3.2 多孔陶瓷的制备工艺
• 2.3.3 多孔陶瓷的性能研究及表征
• 2.4 发泡成型法
• 2.4.1 发泡剂的种类
• 2.4.2 发泡剂的发泡机理
• 2.4.3 发泡剂的性能及表征方法
• 3 锆刚玉莫来石质材料的合成研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.2.1 实验器材
• 3.2.2 试样的制备
• 3.2.3 实验工艺流程
• 3.2.4 试样检测
• 3.3 实验内容
• 3.3.1 合成刚玉莫来石材料的实验
• 3.3.2 合成锆刚玉莫来石材料的实验
• 3.3.3 氧化镁对材料性能的影响实验
• 3.3.4 碳酸钙对材料性能的影响实验
• 3.3.5 碳酸钡对材料性能的影响实验
• 3.3.6 氧化铈、氧化钇对材料性能的影响实验
• 3.3.7 正交实验
• 3.3.8 优化实验
• 3.3.9 氧化铝煅烧温度对材料性能的影响实验
• 3.3.10 球磨时间对材料性能的影响实验
• 3.4 结果分析与讨论
• 3.4.1 刚玉莫来石为主晶相材料的合成
• 3.4.2 硅酸锆掺入量对刚玉莫来石质材料性能的影响
• 3.4.3 矿化剂组成与用量对锆刚玉莫来石质材料性能的影响
• 3.4.4 煅烧氧化铝对材料性能的影响
• 3.4.5 工艺对材料性能的影响
• 4 锆刚玉莫来石质多孔陶瓷的制备
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器与设备
• 4.2.3 实验工艺流程
• 4.2.4 试样的制备
• 4.2.5 试样的检测及表征
• 4.3 实验内容
• 4.3.1 松香皂的制备
• 4.3.2 发泡剂母液的制备
• 4.3.3 泡沫泥浆的制备
• 4.3.4 干燥制度实验
• 4.3.5 烧成温度制度实验
• 4.3.6 导热系数测试实验
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 明胶对发泡剂母液发泡性能的影响
• 4.4.2 松香皂对发泡剂母液发泡性能的影响
• 4.4.3 碳酸钙对发泡剂母液发泡性能的影响
• 4.4.4 球磨时间对泡沫泥浆成型性能的影响
• 4.4.5 硫酸铝对泡沫泥浆性能的影响
• 4.4.6 明胶对泡沫泥浆性能的影响
• 4.4.7 干燥制度对坯体性能的影响
• 4.4.8 烧成制度对多孔陶瓷性能的影响
• 4.4.9 试样体积密度与导热系数、抗压强度的关系
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献