颗粒稳定泡沫法制备莫来石基多孔陶瓷

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莫来石基多孔陶瓷耐高温、耐腐蚀和热导率低等优点使其常作为隔热材料使用,随着科技的发展对其轻质、隔热和强度的综合性能提出了更高的要求。目前常用的制备技术存在一定的不足,颗粒稳定泡沫法是近几年发展起来的一种轻质高强材料制备新工艺,但其在莫来石多孔陶瓷制备方面的研究鲜有报道。本文以氧化铝和氧化硅为主要原料,没食子酸丙酯(propyl gallate,PG)为表面改性剂、明胶为粘结剂,采用颗粒稳定泡沫法+真空冷冻干燥+常压烧结制备了系列莫来石基多孔陶瓷,分别研究了铝硅比、烧结助剂与钙长石引入等对制备材料组成、结构与性能的影响规律。原料配比中铝硅摩尔比的研究表明:铝硅比增加有利于陶瓷发泡后泡沫稳定性的提高,最高可达96.59%;随铝硅比从2.0:1.0增大到3.0:1.0,合成的莫来石相逐渐减少,总气孔率和体积密度变化不明显,分别波动于85.51~86.51%和0.44~0.48g/cm3之间;抗压强度先增加后减小,变化范围为2.25~2.86 MPa;真空热导率则从0.15 W/(m·K)增加到0.22 W/(m·K)。烧结助剂的研究表明:添加Al F3·3H2O制备的莫来石呈长柱状,莫来石含量最高为99.20 wt.%,试样具有最高的气孔率(86.05%);添加Ca Cl2制备的试样中莫来石相含量最低,但其引入的液相将莫来石颗粒紧密连接在一起,具有最高的抗压强度6.31 MPa(总气孔率为83.02%);添加Mn O2制备的试样内外的成分和结构存在明显差异,其工艺可控性较差;采用Ca Cl2/Al F3·3H2O复合助剂制备的多孔陶瓷孔壁呈现特殊的绳状结构,绳状结构的结合随着复合助剂中Ca Cl2添加量的增加而更紧密,这种特殊结构的形成同时存在液固(LS)和气固(VS)机理,使得多孔陶瓷的抗压强度明显提高,总气孔率为79.11%的样品抗压强度达到10.23 MPa。以钙长石、氧化铝和氧化硅为原料,采用颗粒稳定泡沫法制备了钙长石/莫来石复相多孔陶瓷,制备的材料在同等气孔率条件下具有较低的热导率;研究表明烧结温度对制备材料的物相组成、显微结构和性能均有显著的影响,从1300℃提高到1500℃,复相材料的物相组成、微观形貌和性能等在1350~1400℃之间发生突变,制备材料的开口气孔率为75.12~86.44%,体积密度为0.41~0.73 g/cm3,抗压强度为1.09~15.18 MPa,热导率为0.17~0.35 W/(m·K)。
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