孔结构对氧化铝隔热材料高温性能的影响

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孔结构参数对隔热材料高温性能具有较大影响,本课题组曾采用无机溶胶浸渍法保留植物造孔剂本佂织构以解决添加造孔剂法固有的气孔较大及黑芯残留等问题,并深入研究了氧化铝隔热材料的常温性能,但未探讨孔结构优化后材料的高温性能。因此,本论文在添加造孔剂法制备氧化铝隔热材料的基础上,以溶胶浸渍法预处理植物造孔剂,在氧化铝隔热材料内部引入植物织态孔,细化材料孔结构并对其高温性能进行研究。主要内容如下:以SiO2溶胶、Al2O3溶胶和ZrO2溶胶浸渍后的核桃壳、稻壳和锯末为造孔剂制备氧化铝隔热材料,研究溶胶种类和浓度对材料高温性能的影响;此外,以鳞片状石墨、玉米淀粉和碳纤维为造孔剂制备氧化铝隔热材料,研究孔形对材料高温性能的影响;基于图像分析法和分形几何研究材料的孔结构参数,并借助“临界应力断裂理论”和“热冲击损伤理论”分析材料的抗热震性能;最后,对比分析平均孔径、孔分形维数和抗热震因子之间的关系。得到如下结论:(1)以不同溶胶浸渍核桃壳、稻壳和锯末后制备的氧化铝隔热材料高温体积稳定性、常温抗折强度、弹性模量及荷重软化温度均得到提升,但其高温性能差异较大。其中以5wt.%ZrO2溶胶浸渍核桃壳、5 wt.%Zr O2溶胶浸渍稻壳、7 wt.%Al2O3溶胶浸渍锯末和三重溶胶(3wt.%SiO2溶胶、7wt.%Al2O3和5wt.%ZrO2溶胶)浸渍核桃壳为造孔剂制备的氧化铝隔热材料综合高温性能较优。(2)采用鳞片状石墨、玉米淀粉和碳纤维作为造孔剂时,氧化铝隔热材料内部孔形分别呈片状、类球状和条状。其中,以碳纤维作为造孔剂,试样综合性能较好,抗折强度为47.10MPa,弹性模量保持率为85.8%,荷重软化温度较高。(3)借助图像分析法和分形几何分析不同造孔剂制备的氧化铝隔热材料孔结构参数发现:溶胶浸渍造孔剂后,试样小孔数量增加,平均孔径减小,可提高试样力学性能。试样的抗热震参数计算结果与实验结果相一致,进一步证明了溶胶浸渍造孔剂后,可改善材料抗热震性能。以三重溶胶浸渍核桃壳制备的试样抗热震性较好,其抗热震断裂性能和抗热震损伤性能较优。
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