论文题目: 竹炭及SiC陶瓷材料的结构及性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 木材科学与技术
作者: 张东升
导师: 江泽慧
关键词: 竹材,竹炭,陶瓷,微观结构,抗压强度
文献来源: 中国林业科学研究院
发表年度: 2005
论文摘要: 竹炭竹基炭化硅(SiC)陶瓷是一种环境友好材料,在许多领域有巨大的应用潜力,可以用作电磁屏蔽材料、过滤材料、温度和湿度传感材料、催化剂载体、吸附材料、阻尼材料、隔热材料和自润滑材料等。本研究以中国的毛竹( Phyllostachys pubescens )、麻竹(Dendrocalamus latiflorus)、绿竹(Dendrocalamopsis oldhami)和国外引进的印度莿竹(Bambusa arundinacea)为原料,在氮气气氛下,高温炭化处理,制备了不同品种的竹炭。采用热重分析仪(TGA)、带能谱分析的环境扫描电镜(SEM-EDAX)、X 射线衍射(XRD)等先进手段详细研究了各种竹材炭化前后的微观组织、元素组成、结晶构造变化,并且对竹材炭化过程中不同阶段的热解规律和炭化收缩现象进行了分析,比较了4 种竹材制备的竹炭在结构和性能上的差异,测试和分析了竹炭的导电性及其影响因素。以4 种竹炭为模板材料,采用高温渗硅(Si)方法制备出竹基SiC,对其材料的相组成、结晶构造、样品断面的微观结构形貌和元素组成进行测试和表征,分析和比较了4 种竹炭制备的竹基SiC 形貌和化学组成上的区别,并分析其区别之处与其模板材料在构造和性能上的关系,并对竹炭制备竹基SiC 的渗透和反应机理进行了初步探讨。对竹材、竹炭和竹基SiC 三种材料的抗压力学性能进行了测试,考察了微观结构对力学性能的影响,采用现代光测技术(DSCM)对竹炭及竹基SiC 陶瓷的抗压破坏过程进行了动态跟踪。该研究对生物质材料的高效利用和竹炭及高性能竹基SiC 陶瓷的研究和开发具有一定的理论意义和应用价值。本课题的研究主要内容和结果表现以下几个方面: (1) 选择了4 种制备竹炭及竹基SiC 的竹种、并对其竹杆壁厚、含水率、密度、化学组成、组织比量等基本材性指标进行了测试和对比,结果发现4 种竹材中部的厚度在12.03-14.96mm 范围内,相差不大; 毛竹密度最大为0.75 g/cm3,莿竹最小为0.53 g/cm3; 莿竹纤维股面积比量要明显得大于其它3 种竹种,范围为36.37%-43.31%,同时其导管组织比量也最小,为2.59%-2.77%。毛竹的薄壁组织比量最大,范围为66.87%-73.74%。(2) 竹炭制备的炭化工艺条件和参数为在氮气保护下开始升温,升温速率为5°/min,氮气流量80ml/min。当温度升到120°时,恒温0.5 小时,然后以3°/min 升温速率,升至设定炭化温度(500℃、750℃和1000℃)时停留1.5 小时后结束炭化,在氮气的保护下降至室温。(3) 采用TGA 对竹材的炭化热解过程的相变进行了研究,比较了4 种竹材热解过程中在不同阶段的失重率,比较了1 年生同5 年生竹材失重率的差异,分析了热
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摘要
Abstract
目录
正文图表目录
第一章 引言
1.1 研究的背景及意义
1.2 竹资源状况及竹材构造特征概述
1.2.1 竹资源状况
1.2.2 竹材构造特征
1.3 竹炭研究与利用现状
1.3.1 竹炭的制备、结构与性质
1.3.2 竹炭的利用现状
1.4 生物质材料制备SiC陶瓷材料的研究
1.4.1 SiC陶瓷材料基本特性
1.4.2 生物质SiC陶瓷材料的基本特性
1.4.3 生物质SiC陶瓷材料的制备工艺
1.4.4 生物质SiC陶瓷材料的应用
1.5 竹材制备SiC陶瓷材料的可行性分析
1.6 研究目的与主要内容
第二章 竹炭、竹基 SiC 陶瓷材料的制备及性能测试方法
2.1 引言
2.2 材料制备路线
2.2.1 竹种的选取与试材的采集
2.2.2 试材的加工
2.2.3 竹炭及SiC材料的制备
2.3 材料性能测试与表征
2.3.1 材料的密度测定
2.3.2 竹材热解TGA分析
2.3.3 微观构造与微量元素分析(SEM-EDAX)
2.3.4 竹炭导电性测试
2.3.5 材料的结构分析(XRD)
2.3.6 抗压力学性能测试
2.3.7 孔隙结构表征
2.3.8 组织比量测试
第三章 制备竹炭的四种竹种材性研究
3.1 引言
3.2 壁厚分析
3.3 基本密度分析
3.4 含水率分析
3.5 化学成分分析
3.6 解剖构造
3.7 组织比量
3.8 本章结论
第四章 竹炭的制备、结构及物理化学性能分析
4.1 引言
4.2 竹炭的制备
4.2.1 炭化工艺制定
4.2.2 炭化工艺一
4.2.3 炭化工艺二
4.2.4 两种炭化工艺制备的竹炭表观形貌比较
4.2.5 小结
4.3 竹材的热重分析
4.3.1 竹材的热解过程
4.3.2 不同品种竹材的热解行为
4.3.3 不同年龄竹材的热解行为
4.3.4 小结
4.4 炭化收缩特征分析
4.4.1 不同炭化温度条件下炭化收缩特征
4.4.2 不同方向炭化收缩特征
4.4.3 不同部位炭化收缩特征
4.4.4 不同年龄竹材炭化收缩特征
4.4.5 小结
4.5 竹炭的微观形貌特征
4.5.1 竹炭整体形貌特征
4.5.2 竹炭外表面形貌特征
4.5.3 竹炭薄壁组织构造特征
4.5.4 竹炭维管束构造特征
4.5.5 四种竹炭微观构造特征比较
4.5.6 小结
4.6 竹炭微量元素分析
4.6.1 竹炭不同部位元素分布
4.6.2 不同炭化温度下竹炭元素含量
4.6.3 小结
4.7 竹炭的XRD分析
4.7.1 竹炭的XRD分析
4.7.2 小结
4.8 竹炭导电性分析
4.8.1 炭化温度对竹炭导电性特的影响
4.8.2 不同品种竹炭导电性
4.8.3 小结
4.9 结论
第五章 竹基 SiC 材料的制备、结构及物理化学性能分析
5.1 引言
5.2 竹基SiC材料的制备
5.2.1 制备方法
5.2.2 SiC工艺参数的确定
5.2.3 小结
5.3 竹基SiC材料的形貌特征
5.3.1 竹基SiC材料外观形貌
5.3.2 竹基SiC材料微观形貌
5.3.3 四种竹炭制备的SiC材料微观形貌比较
5.3.4 竹基SiC陶瓷与遗态材料
5.3.5 小结
5.4 竹基SiC陶瓷的XRD分析
5.4.1 四种竹材制备的SiC材料的XRD分析
5.4.2 小结
5.5 竹基SiC微量元素分析(EDAX)
5.5.1 竹基SiC材料的维管束部位元素分布
5.5.2 竹基SiC材料的薄壁组织部位元素分布
5.5.3 小结
5.6 结论
第六章 竹材、竹炭及竹基 SiC 陶瓷材料的抗压力学特性
6.1 引言
6.2 竹材、竹炭及SiC材料的抗压力学试验研究
6.2.1 竹材抗压机理分析
6.2.2 竹炭的抗压机理分析
6.2.3 竹基SiC材料抗压机理分析
6.3 DSCM试验原理及其关键技术方法
6.4 竹炭与竹基SiC材料破坏过程变形场演化研究
6.4.1 竹炭抗压的DSCM分析
6.4.2 竹基SiC材料抗压DSCM分析
6.5 本章结论
第七章 制备竹基 SiC 材料的反应渗透机理
7.1 引言
7.2 竹炭炭孔隙特征分析
7.2.1 竹炭的微观孔隙构造特征
7.2.2 压汞法对竹炭的孔隙表征
7.2.3 多孔介质理论对竹炭孔隙构造的描述
7.3 竹炭与Si的渗透反应特征
7.4 结论
第八章 结论与建议
8.1 结论
8.1.1 制备竹炭的四种竹种材性分析
8.1.2 竹炭的制备、构造与性能的关系
8.1.3 竹基SiC材料的制备、构造与性能的关系
8.1.4 竹材、竹炭、竹基SiC材料的力学性能同构造的关系
8.1.5 竹炭的孔隙构造及其反应渗透机理
8.2 建议
参考文献
致谢
附录
文中代表符号
本人简历
攻读博士学位期间的研究成果及发表的学术论文
发布时间: 2005-10-11
参考文献
- [1].SiC陶瓷材料刻划去除机理及裂纹扩展行为研究[D]. 孟彬彬.哈尔滨工业大学2016
- [2].高热导率SiC陶瓷材料制备及应用研究[D]. 李其松.山东大学2016
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