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莫来石晶须具有优异的力学、电学、光学、耐高温及耐腐蚀性能,被普遍用作陶瓷基复合材料的增韧材料。然而,想要制备出一种既具备优异力学和化学稳定性能,又具备较低密度,同时制备工艺简便、成本低廉的莫来石晶须增强陶瓷复合材料,仍然是材料工程领域的一项重大挑战。本文采用工艺简便的传统烧结法制备莫来石晶须,利用粉煤灰、煤矸石、铝矾土等低成本矿物为原料,长石、锰矿石、滑石等矿物为烧结助剂,制备了莫来石晶须增强刚玉陶瓷复合材料、莫来石晶须网络结构增强陶瓷复合材料、鸟巢状3-D莫来石晶须网络结构增强陶瓷复合材料以及基于莫来石晶须网络结构增强陶瓷复合材料的低密高强陶粒支撑剂,并系统研究了复合助烧剂对上述复合材料晶相组成、微观结构和性能的影响规律。采用直接烧结法,以粉煤灰、伊利石和铝矾土为原料,添加滑石和氟化铝作为复合助烧剂制备出了莫来石晶须增强刚玉陶瓷复合材料。通过调节复合助烧剂的添加量和烧制温度来控制莫来石晶须的形貌和分布。当复合助烧剂的用量为6w.t.%,在烧制温度1400℃可以得到莫来石晶须增强刚玉增强的陶瓷复合材料性能最佳,其视密度为2.94g·cm-3、弯曲强度为144.46MPa、酸溶解度为6.89%。当烧制温度上升到1500℃以上,可以得到完全由莫来石晶须组成的陶瓷复合材料,但是制备出的莫来石晶须会过度生长,且孔隙率增加,其性能出现下降趋势。以70%的粉煤灰为原料,通过引入长石-滑石-BaCO3-锰矿石复合助烧体系,得到了莫来石晶须网络结构,通过调节锰矿石加入量可以控制莫来石晶须的含量、长径比。当锰矿石含量为6w.t.%时,在1390℃可以制备出低密高强的莫来石晶须网络结构增强陶瓷复合材料,其体积密度为1.48g·cm-3、弯曲强度为190.10MPa。此外,该复合材料还具有优异的化学稳定性,其酸溶解度为2.55 wt%。以60%的粉煤灰为原料,在长石-滑石-BaCO3-锰矿石复合助烧体系下可控制备出了低密高强的莫来石晶须网络结构,通过调节长石用量可以有效地控制莫来石晶须的生长速度、长径比以及分布形态。当长石添加量为4w.t.%时,在1350℃制备的莫来石晶须直径为200nm、长度为35μm,由该晶须形成的网络结构对莫来石基陶瓷复合材料力学性能的增强作用最佳,其弯曲强度为199.89MPa、体积密度为1.51g·cm-3。通过SEM系统研究了烧结助剂对莫来石晶须生长发育过程、形貌以及分布形态的影响规律,揭示了莫来石晶须网络结构的形成机理。采用CO2软模板法,以70%的煤矸石和21%铝矾土为原料,引入锂瓷石-MnO2-CaCO3复合催化体系,成功制备出了鸟巢状3-D莫来石晶须网络结构。当锂瓷石用量为4w.t.%时,在1400℃制备的莫来石晶须直径为200nm、长度为35μm,由该晶须形成的鸟巢状3-D莫来石晶须网络结构增强陶瓷复合材料弯曲强度为165.61MPa、体积密度为1.55g·cm-3、酸溶解度为3.15 wt%。以低密高强莫来石晶须网络结构增强的陶瓷复合材料为原料,经过糖衣机成球工艺,成功制备出了低密高强莫来石基陶粒支撑剂。按照中国石油天然气行业标准“SY/T5108-2014水力压裂和砾石充填作业用支撑剂性能测试方法”对所制备的陶粒支撑剂的性能进行了测试,结果显示,体积密度为1.46 g·cm-3、视密度2.70 g·cm-3、破碎率为2.40%,且在1350℃烧制时耐酸性能达到了2.63%的最佳值,远低于标准要求的7%。所制备的陶粒支撑剂的主晶相为莫来石相,其良好的网络结构提供了优异的强度和耐酸性能。