多孔轻质莫来石陶瓷制备及性能的研究

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本文以Al2O3-SiO2体系为粘结剂,空心球作为造孔剂,利用凝胶注模成型方法制备出一种新型的多孔莫来石材料。空心球在烧结过程中可以起到烧结助剂的作用,大大的降低了Al2O3-SiO2体系的烧结温度。实验分别研究添加百分比为25%、50%、75%、100%的空心球进行研究,结果表明空心球含量越多,总气孔率越大;其中烧成温度较低的是75%空心球添加量,其在1200℃能烧成轻质多孔莫来石陶瓷。XRD分析表明温度的增加,莫来石衍射峰增强,Al2O3的衍射峰降低,说明温度升高促进了Al2O3-SiO2烧成莫来石相。随着空心球含量减少,Al2O3-SiO2粉末含量相对增加,其烧结温度增加,抗弯强度增大。50%空心球1300℃下制备的多孔陶瓷密度在1.09 g/cm3左右,抗弯强度为15 MPa。25%空心球添加量在1400℃烧结得到的多孔陶瓷强度达到38 MPa,密度1.43 g/cm3,孔径结构多为闭气孔,闭气孔率为35%。在上述基础上,实验选取50%的空心球作第一类造孔剂,另外添加B2O3和CaCO3作为第二类造孔剂进行研究。实验表明,当添加B2O3含量较少时(2.5%左右),气孔率降低,B2O3能够促进烧结。B2O3的含量从2.5%开始增加到10%,陶瓷的收缩率反常的降低,总气孔率越来越大。SEM分析其原因为CaCO3和B2O3在有水浆料中反应产生CO2气泡,从而使坯体产生微孔,另一原因为B2O3的加入加速孔壁中氧化物液化,使孔中露出凹凸不平的针状莫来石,从而提高气孔率。B2O3的加入促进Al2O3-SiO2在低温下烧成莫来石相,烧结温度降低了100200℃左右。10% B2O3添加量在1200℃烧结后,气孔率增加到81%,密度降低到0.64 g/cm3。从热学上来分析,本实验所制备的多孔莫来石陶瓷具有较低的导热系数(0.09-0.30 W.(m.k)-1)。而且材料的导热存在一定的弛豫时间,导热系数越小,弛豫时间越长,说明这种多孔材料具有良好的隔热性能。
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