环境友好的泡沫注凝法制备钙长石多孔陶瓷

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:davidcao2008
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钙长石多孔陶瓷因其高比强度、低热导率以及低密度等优异性能,被广泛应用于隔热材料等方面,但轻与强的矛盾一直存在于多孔陶瓷当中。虽然采用丙烯酰胺凝胶体系的泡沫注凝法可有效减弱此矛盾,可是仍存在干燥收缩大气孔率有限、凝胶体系具有一定的毒性及工艺过程复杂等不足。因此,开发制备兼具超轻与高强性能的钙长石多孔陶瓷的环境友好新工艺势在必行。本文以Ca CO3、Si O2和Al2O3为主要原料、明胶为凝胶剂,结合真空冷冻干燥技术制备了系列钙长石多孔陶瓷,系统研究了烧结温度、明胶添加量、固含量以及发泡剂浓度对钙长石多孔陶瓷组成、结构与性能的影响规律。在1450℃到1520℃范围内,烧结温度对物相组成没有影响,所有试样均由单相钙长石组成;随着温度的升高,试样的总气孔率的变化并不是很大,仅由95.0%缓慢降低至93.70%,抗压强度由1450℃时的0.04 MPa显著增加到1520℃时的0.62 MPa;烧结温度为1500和1520℃时,材料的热导率分别为0.026与0.028W/(m·K),均保持在很低的水平。明胶添加量对物相组成没有影响,所有试样均由单相钙长石组成;在6 wt.%到12 wt.%范围内,随着明胶添加量的增加,晶粒的形貌变化较小,但气孔尺寸明显降低,总气孔率由89.70%降低到88.02%,其抗压强度大幅度升高,由1.02 MPa增加到2.54 MPa,热导率由0.038 W/(m?K)增加到0.059 W/(m?K)。固含量和发泡剂浓度均对物相组成没有影响;在15 vol.%至35 vol.%的范围内,固含量的增加使得气孔数量减少,孔壁致密化程度增加;试样的干燥收缩率波动于2.38%~1.75%之间,制备材料的总气孔率在83%以上;当气孔率为83%时,热导率仅为0.093 W/(m·K),强度高达5.91 MPa。当发泡剂浓度在0.2~32 g/L范围时,随着发泡剂浓度的增加,试样的烧结收缩较大,由11.56%增大到了22.24%,孔壁的致密化程度提高,晶粒尺寸变大;制备出的试样,气孔率为79.14~85.95%,抗压强度为2.66~5.62 MPa,热导率介于0.067~0.129 W/(m·K)之间。本文所采用的制备方法是一种环境友好的制备工艺,制备的试样与其他方法获得的材料相比具有更高的气孔率及更高的强度。同时,采用这种方法制备的钙长石多孔陶瓷具有较宽的气孔率范围,本文的研究为拓宽其应用范围奠定了坚实的数据基础。
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