低温烧结空心微珠多孔陶瓷及其性能研究

发布时间：2021-03-17 08:52

我国是矿产资源总量丰富，人均资源又相对不足的国家，矿石的利用率低导致矿产资源浪费严重。为了进一步提高矿产资源的利用及回收率，开发出具有高附加值产品，对缓解经济增长与资源短缺矛盾具有重要意义。空心微珠具有轻质、隔热保温、强度高、吸水率低、耐磨、高分散、电绝缘和热稳定好等特点，是一种新型轻质工业基础材料，用途广泛。本文以天然矿石为主要原料，采用颗粒稳定泡沫浆料和喷雾干燥技术制备出新型无机空心微珠，并通过堆烧的方式在低温下制备出轻质高强的多孔陶瓷，系统的研究了空心微珠多孔陶瓷的制备工艺、不同的外加剂对空心微珠多孔陶瓷结构及性能的影响。主要研究结论如下： 1.研究了烧结温度对空心微珠多孔陶瓷的发泡过程及性能的影响。研究结果表明：在低温条件下(650-860oC)可以制备出空心微珠多孔陶瓷。随着烧结温度的升高，空心微珠多孔陶瓷的表观密度和抗压强度先降低后升高，气孔尺寸逐渐增大，气孔数量减少，，当达到一定温度后，个别气孔异常长大，样品重新逐渐致密化。由780oC升高至820oC时，空心微珠多孔陶瓷的表观密度由0.61g/cm3迅速减小为0.36g/cm3，样品的抗压强度由11.46MPa迅速减小为1.91MPa。 2.为了提高多孔陶瓷的力学性能，研究了氧化铝(Al2O3)含量变化对多孔陶瓷性能的影响。研究结果表明：相同烧结温度下，Al2O3含量越多，空心微珠多孔陶瓷样品的抗压强度和表观密度最小值越大；Al2O3含量越多，空心微珠多孔陶瓷的烧结温度越高。Al2O3含量为5、6、7和8wt.%时，表观密度值最小分别为0.37、0.74、0.84和1.22g/cm3，抗压强度分别为1.10、6.21、15.09和25.58MPa，制备的多孔陶瓷都为闭孔结构，平均体积吸水率都较小。 3.为了制备出更加轻质的多孔材料，进一步降低空心微珠多孔陶瓷的表观密度，研究了将沸石粉添加至原料内再制备空心微珠(工艺1)及将沸石粉和空心微珠混合(工艺2)对空心微珠多孔陶瓷形貌及性能的影响。研究结果表明：采用该两种工艺对空心微珠多孔陶瓷的表观密度降低效果显著。其中工艺2制备的空心微珠多孔陶瓷随着烧结温度的升高，表观密度降低的更多。烧结温度为650oC时，样品中气孔为孔径较小的连通孔，工艺1和2制备的样品的表观密度分别为0.90和1.21g/cm3，当烧结温度为800oC时，样品中气孔孔径迅速增大，工艺1和2制备的样品的表观密度分别为0.30和0.21g/cm3，工艺2制备的样品抗压强度为0.59MPa。 4.在工艺2的基础上添加MgCO3制备空心微珠多孔陶瓷，研究了外加剂MgCO3对空心微珠多孔陶瓷的性能影响规律。研究结果表明：随烧结温度的升高，添加MgCO3使空心微珠多孔陶瓷的表观密度逐渐降低，样品中气孔的孔径逐渐增大。烧结温度为650oC时，样品的表观密度为1.22g/cm3，烧结温度为800oC时，样品的表观密度降低为0.21g/cm3，抗压强度为1.27MPa，平均体积吸水率5.81%。采用工艺2添加沸石粉和MgCO3后制备的多孔陶瓷样品，烧结温度为800oC，样品的表观密度同为0.21g/cm3，但添加MgCO3后制得的样品的气泡数量更多，孔径更小，孔径分布更均匀，抗压强度更高。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ174.1

文章目录

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 多孔陶瓷概述

1.2 多孔陶瓷的制备工艺及其研究进展

1.2.1 多孔陶瓷传统的制备工艺

1.2.2 空心微珠制备多孔陶瓷新方法

1.3 低温烧成陶瓷的研究意义

1.4 本课题的提出及研究内容和意义

第二章实验内容及研究方法

2.1 实验原料

2.2 样品制备

2.2.1 实验流程图

2.2.2 实验主要仪器

2.3 性能测试及表征

2.3.1 表观密度和吸水率表征

2.3.2 抗压强度表征

2.3.3 微观形貌分析（SEM）

第三章烧结温度对空心微珠多孔陶瓷性能的影响

3.1 引言

3.2 实验过程

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 烧结温度对空心微珠多孔陶瓷的宏观形貌的影响

3.3.2 烧结温度对空心微珠多孔陶瓷的性能的影响

3.3.3 不同温度烧结空心微珠多孔陶瓷样品的微观形貌

3.3.4 空心微珠多孔陶瓷发泡过程分析

3.4 本章小结

第四章 Al2O3含量对空心微珠多孔陶瓷性能的影响

4.1 引言

4.2 实验过程

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 Al2O3含量对空心微珠多孔陶瓷的宏观形貌的影响

4.3.2 Al2O3含量空心微珠多孔陶瓷的表观密度及力学性能的影响

4.3.3 Al2O3含量空心微珠多孔陶瓷微观形貌的影响

4.4 本章小结

第五章外加剂对空心微珠多孔陶瓷性能的影响

5.1 引言

5.2 实验过程

5.2.1 实验原料

5.2.2 实验流程

5.3 实验结果与讨论

5.3.1 外加剂沸石粉对空心微珠多孔陶瓷的宏观形貌的影响

5.3.2 外加剂沸石粉对空心微珠多孔陶瓷的性能的影响

5.3.3 沸石粉对空心微珠多孔陶瓷微观形貌的影响

5.3.4 MgCO3对空心微珠多孔陶瓷宏观形貌的影响

5.3.5 MgCO3对空心微珠多孔陶瓷性能的影响

5.3.6 MgCO3对空心微珠多孔陶瓷微观形貌的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究学术成果

致谢

【参考文献】