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多孔陶瓷被广泛地应用于高温隔热材料、气/液过滤、净化分离、催化剂载体、吸声减震材料、生物植入材料和传感器材料等。本文先以Al2O3、SiO2粉或莫来石(Al6Si2O13)粉为原料,分别以AlF3·3H2O和TiO2为添加剂,通过原位反应的方法制备了Al6Si2O13晶须/柱晶;在对合成过程热力学分析的基础上,研究了反应温度、添加剂种类和用量以及反应时间等对Al6Si2O13晶须/柱晶合成过程的影响;依据密度泛函理论(DFT)计算的Al6Si2O13各晶面对AlF3(g)和SiF4(g)吸附能的结果,探讨了Al6Si2O13晶须/柱晶的生长机理;同时也对Al6Si2O13晶须/柱晶的生长动力学进行了研究。在此基础上,采用发泡-注凝成型法制备了Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷;研究了Al6Si2O13浆料的稳定性、流变性和胶凝性能,发泡剂的用量、AlF3·3H2O和TiO2用量以及烧结温度、自结合Al6Si2O13相的用量对多孔陶瓷常温力学性能的影响,研究了所制备多孔陶瓷的高温力学性能、抗热震性能和热导率随温度的变化关系,并采用ANSYS有限元对Al6Si2O13多孔陶瓷的高温隔热性能进行了预测。研究结果表明:(1)以Al2O3和SiO2粉为原料,以AlF3·3H2O为添加剂,经1673K反应5h所合成Al6Si2O13晶须的平均长度和长径比最大,分别约为99.0μm和54。Al6Si2O13晶须的生长过程是由气-固反应机理控制的。密度泛函理论(DFT)计算结果表明,Al6Si2O13各晶面吸附AlF3(g)和SiF4(g)的吸附能大小顺序分别为:Eads(001)>Eads(111)>Eads(210)>Eads(120)>Eads(110)和Eads(001)>Eads(111)>Eads(120)>Eads(110)>Eads(210),吸附于Al6Si2O13的(001)面上的AlF3(g)分子和SiF4(g)分子,促使了晶须沿(001)面生长。Al6Si2O13晶须沿长度和直径方向的生长动力学指数分别为3.3和7.2。(2)以Al6Si2O13粉为原料,分别以AlF3·3H2O和TiO2为添加剂,通过原位反应的方法制备了Al6Si2O13柱晶。当AlF3·3H2O和TiO2的用量分别为4wt%和7wt%时,经1873K反应5h后所合成Al6Si2O13柱晶的平均长度最长,分别为22.3μm和27.5μm。(3)以Al6Si2O13粉为原料、Isobam 104为分散剂和粘结剂、十二烷基硫酸三乙醇胺为发泡剂和羧甲基纤维素钠为稳泡剂制备了Al6Si2O13多孔陶瓷。即使其孔隙率高达76%时,所制备多孔陶瓷的耐压强度和抗折强度仍分别为15.3MPa和3.7MPa。推导了孔隙率在6776.9%之间的Al6Si2O13多孔陶瓷在不同温度下的热导率计算模型为(4)分别以AlF3·3H2O(08wt%)和TiO2(09wt%)为添加剂,采用发泡-注凝成型法制备了Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷。适量添加剂的加入可以明显地减小多孔陶瓷的气孔孔径及其分布,并提高了其抗折强度,所制备的孔隙率约为67.0%的Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷的常温抗折强度可达13.9MPa,比无柱晶多孔陶瓷的抗折强度提高了约27%。(5)在50N-600N-50N的循环压应力下,随着温度的升高,Al6Si2O13多孔陶瓷的变形位移量呈先减小后增大,最后断裂的趋势。多孔陶瓷的抗折强度随着温度的升高,呈先逐渐增大,然后又逐渐减小的趋势;所制备的Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷的高温抗折强度远高于无柱晶多孔陶瓷,在1473K时,Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷的抗折强度约为6.7MPa,比无柱晶多孔陶瓷的抗折强度(5.9MPa)提高了约13.6%;即使在1673K时,Al6Si2O13柱晶自增强多孔陶瓷的抗折强度仍可达2.8MPa。(6)以Al2O3和SiO2为自结合相粉体,采用发泡-注凝成型法经1873K/2h烧结后制备了自结合Al6Si2O13多孔陶瓷。AlF3·3H2O的引入可在自结合多孔陶瓷中原位生成大量的Al6Si2O13柱晶,显著地提高其力学性能。孔隙率为71.1%的Al6Si2O13柱晶增强自结合多孔陶瓷的耐压强度和抗折强度最高可分别达28.2MPa和11.5MPa,明显高于孔隙率为70.3%的无柱晶自结合多孔陶瓷(耐压强度和抗折强度分别为11.6MPa和6.5MPa)。