论文摘要
莫来石（3Al2O3·2SiO2）是Al2O3—SiO2系中唯一稳定的化合物,具有抗蠕变、抗热震、抗腐蚀性能好,熔点、剪切模量高,介电常数及介质损耗低等优异的性能。莫来石晶须不但具有莫来石质材料的性能,而且作为长径比大的完整单晶体具有更加优良的力学性能,是一种优异的陶瓷基复合材料和金属基复合材料增韧补强剂。本课题研究了以工业纯硅溶胶、铝溶胶为原料,以氟化铝为晶须生长促进剂,采用溶胶—凝胶技术制备莫来石晶须的工艺条件,分析了配方组成、溶胶—凝胶工艺参数、晶须生长促进剂加入量、烧成制度等对晶须形貌和晶相组成的影响,制备了直径为2～5μm,长径比为20～30的莫来石晶须。莫来石晶须的制备工艺研究结果表明,当氧化铝和氧化硅摩尔比为6:5,混合粉料细度保持在60～200目,氟化铝与硅铝干凝胶的质量比为4:10,烧成温度1450℃保温5h时,可以得到形貌好、长径比高的莫来石晶须。XRD、SEM、EPMA等分析结果表明:晶须的主晶相为莫来石相;晶须呈长柱状结构,截面为多边形,直径为2～5μm,长径比为20～30;试样主要元素为Al、Si、O且Al:Si:O≈6:2:13即近似为莫来石Al、Si、O元素的摩尔比。莫来石晶须可以采用工业纯原料在工业化生产条件下进行生产。通过研究莫来石晶须工业化生产工艺参数,得出结论:使用比例为1:3的盐酸和柠檬酸混合调节溶胶的pH值可以在工业化条件下制备出性能优异的莫来石晶须;采用自来水稀释溶胶比较适合工业化生产;在隧道窑烧成试样时,混合粉末应疏松填入氧化铝坩锅内以得到形貌较好的莫来石晶须;采用球磨2h左右破碎烧结试样是较好的后处理方法。莫来石晶须引入钛酸铝陶瓷中可以明显提高钛酸铝陶瓷的机械强度,抑制钛酸铝的高温分解,同时保证钛酸铝陶瓷低的热膨胀系数。莫来石晶须含量为7%时,复合材料的弯曲强度最高,达到86.2MPa,比基体材料提高了100%。利用莫来石晶须与铝金属有良好的润湿性特点,将其作为铝基复合材料的增强相,可以制备出成本低、性能优异的莫来石晶须增强铝基复合材料。5%莫来石晶须可使铝合金BH135的拉伸强度提高24%,弹性模量提高34.0%。
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