论文部分内容阅读
陶瓷材料具有很多优良的性能,但抗热震性能较差,在温度梯度较大的使用场合下,热膨胀系数是影响材料抗热震性能的最主要因素,热膨胀系数越小抗热震性越好,因而低膨胀的堇青石材料受到密切关注并被广泛应用,尤其如何更有效地降低堇青石材料的热膨胀系数,成为一个热门的研究课题。本文采用高岭土、滑石和矾土为原料,经压制成型和烧结制备样品,主要研究了合成低膨胀堇青石的最佳基础配方、烧成制度和添加剂(TiO2+Al2O3)、锂辉石及淀粉对降低样品膨胀系数的作用,并采用高温x射线衍射仪法研究了堇青石晶体的热膨胀系数和热膨胀各向异性特征,得到的主要结论如下：试验范围内合成低膨胀堇青石的最佳原料基础配方为：高岭土41.5 wt%、滑石34.4 wt%和矾土24.1 wt%,最佳烧成制度为1350℃×4 h,制备的材料膨胀系数为2.32×10-6℃-1；添加15 wt%的(TiO2+Al2O3)后,材料中生成低膨胀钛酸铝相,膨胀系数可降低为2.10×10-6℃-1；加入8 wt%锂辉石能更好地促进堇青石的合成,使材料膨胀系数降低为2.20×10-6℃-1；添加10 wt%淀粉,材料气孔率增大,气孔能容纳部分高温膨胀,可使样品的膨胀系数降低为2.03×10-6℃-1,加入上述添加剂时,材料都具有较好的烧结性能。用高温Χ射线衍射仪法,可测出堇青石晶体在800℃时体积和线性热膨胀系数分别是2.33×10-6℃-1和0.84×10-6℃-1,且膨胀系数随温度的变化规律与标准热膨胀仪法所测的结果大体一致。说明样品的膨胀与堇青石晶体的膨胀存在着密切的关系。a轴和b轴方向的热膨胀系数随温度升高近似呈线性增大,且增大速率在500℃以前大于500℃以后,800℃时膨胀系数为3.21×10-6℃-1；c轴热膨胀系数在400℃以前迅速减小,之后变化较为缓慢,800℃时为-3.89×10-6℃-1；晶向[030]的膨胀系数变化规律与a轴的类似；晶向[022]的变化规律与c轴的类似,而晶向[122]的变化规律最为复杂。因此堇青石晶体具有显著的热膨胀各向异性特征。天然原料合成的堇青石材料中,不同位向晶体在材料中随机分布,正是由于堇青石晶体各向异性的热膨胀特性,使材料中某一维方向上不同晶体的膨胀或收缩部分抵消,因此堇青石材料的线性热膨胀系数相对较小。