粉煤灰基莫来石多孔陶瓷的制备工艺及孔的分形研究

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淀粉即可作为固化剂又可作为成孔剂,它的引入可使多孔材料成型的同时,形成气孔结构,大大简化成型工艺过程并可成型各种形状和高强度、可加工的坯体。本文以粉煤灰、氧化铝、淀粉为主要原料,利用淀粉原位固化成型方法,制备出来高气孔率、高强度多孔莫来石陶瓷材料,并通过孔结构分形分析,研究了除孔隙率外,孔的分形结构对材料性能的影响。实验通过研究不同种类淀粉、含量和不同固相含量浆料的流变特性,选择适当的浆料制备工艺;通过淀粉种类、加入量和固相含量对材料气孔率、相对密度、强度的影响,探讨了工艺对材料性能的影响;探讨了气孔率与性能的关系;利用image-pro-plus图像分析软件对多孔材料孔结构进行分形解析,探讨了孔结构与材料性能的关系。研究中采用了SEM、XRD、粘度计和万能试验机等对材料的结构和性能进行表征。研究结果表明:1、含有马铃薯、木薯和玉米淀粉的浆料均属于假塑性流体。含有马铃薯的浆料粘度最大且随球磨时间的增加粘度增加最显著。根据浆料特性及成型坯体的性质,制定了分步加入淀粉的浆料制备工艺。2、利用马铃薯淀粉,木薯淀粉,玉米淀粉制备出的多孔陶瓷的孔形状以及孔径大小均受相应淀粉颗粒性质影响,以马铃薯淀粉制备的多孔材料孔径最大。综合各种因素,马铃薯淀粉较其他两种淀粉制备的多孔莫来石陶瓷具有较高的气孔率和强度。3、多孔陶瓷的气孔率,气孔结构及强度可以通过改变体系的淀粉含量来实现,综合多孔陶瓷的微观结构和气孔率与强度,实验发现:掺入淀粉含量30wt%,固相含量为70wt%的样品在1500℃烧成后,得到的多孔莫来石陶瓷其气孔率可达到60%以上,强度可达到40MPa以上。4、固相含量对浆料的粘度,坯体及烧结体的气孔率及强度都会有显著地影响。为了避免坯体及烧结体出现较大变形产生缺陷应当适当地增大体系的固相含量。5、通过对不同条件下制备的多孔材料的强度与气孔率、孔径及分形维数的关系的分析表明,同种成孔剂时,气孔率对强度的影响与分形维数一致,气孔率降低,分形维数降低,强度增加;不同成孔剂成孔时,气孔率、孔径与强度的关系规律性不明显,但同样存在分形维数降低强度增加的关系。
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