磷酸盐结合轻质绝缘耐火材料的制备与性能

摘要

随着科技的发展和化石能源的日益枯竭，由太阳能和核能等产生的电能在能源结构中的比重越来越高，并且有可能在不久的将来超越化石能源而成为最主要的能源。因此提高电能的利用效率对节能具有重要的意义。
　　 电加热设备大部分为间歇式加热方式，减少设备的蓄热可提高能源的利用效率。将轻质耐火材料应用到电加热设备中，可降低隔热材料的蓄热，提高电能的利用效率。计算表明，轻质隔热材料为1Kg的小型电加热设备，工作温度为800℃，每天开启3次，可节约用电约0．16 kWh。考虑到我国电加热设备数量巨大，如果轻质耐火材料在电加热领域得到广泛的应用，对节能减排能做出巨大贡献。
　　 本论文通过仲丁醇、羟甲基纤维素钠和PEG2000与茶皂素发泡剂的复配，制备了泡沫性能稳定的发泡剂。压缩空气法发泡试验结果表明，茶皂素发泡液的最佳配方为：茶皂素0．5％、仲丁醇0．2％、羧甲基纤维素钠1．0％、聚合物PEG2000为0．2％。
　　 以粉煤灰、偏高岭土与磷酸为原料，分别采用加泡沫和加轻质骨料制备了磷酸盐结合的轻质耐火材料。利用X射线衍射（XRD）、差热分析（DTA-TG）、扫描电镜（SEM）等分析了不同热处理温度下磷酸盐材料的物相组成、样品的显微结构以及力学性能。实验结果表明，偏高岭土中活性氧化铝与磷酸溶液反应形成无定形的AlPO4胶凝材料，具有良好的中高温稳定性，在800℃下保温2小时后其强度仍得到保持，克服了传统磷酸盐结合胶凝材料中高温稳定性差的缺点。
　　 磷酸盐结合轻质耐火材料要应用到电加热设备中，首先必须满足高温绝缘性能要求。通过测试样品在300～800℃的阻温特性，发现电阻率随温度升高而逐步降低。实验结果表明，磷酸盐结合轻质耐火材料在高温下以离子导电为主。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 后石油时代能源危机

1.2.1 能源使用状况

1.2.2 我国能源消费现状及特点

1.2.3 能源结构调整是经济发展的必然结果

1.3 轻质耐火材料简介

1.3.1 国内外轻质耐火材料研究进展

1.3.2 轻质耐火材料的分类

1.3.3 轻质耐火材料的主要特点

1.3.4 轻质耐火材料的造孔工艺

1.4 磷酸盐轻质耐火材料

1.4.1 磷酸铝材料胶凝机理

1.4.2 偏岭土在胶凝材料中的应用

1.4.3 粉煤灰在轻质耐火材料中的应用

1.5 正交试验的设计

1.6 本课题研究的意义、内容

1.6.1 本课题的研究意义

1.6.2 本课题研究的主要内容

第二章 实验原料、仪器设备与测试方法

2.1 实验原料

2.2 实验仪器与设备

2.3 样品的测试与表征方法

2.3.1 X射线衍射(XRD)分析

2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析

2.3.3 差热(DTA)和热重(TG)分析

2.3.4 泡沫性能测试

2.3.5 抗压强度测试

2.3.6 收缩测试

2.3.7 电阻率测试

第三章 泡沫的制备与性能

3.1 引言

3.2 试验方法

3.3 发泡剂配方的确定

3.3.1 发泡剂以及浓度的选择

3.3.2 仲丁醇对茶皂素发泡液的改性

3.3.3 羟甲基纤维素钠(CMC)对茶皂素发泡液的改性

3.3.4 聚乙二醇(PEG2000)对茶皂素发泡液的改性

3.4 本章小节

第四章 加泡法制备轻质耐火材料及其性能分析

4.1 引言

4.2 样品制备工艺流程

4.3 正交试验的设计

4.3.1 三因素的确定

4.3.2 三水平的确定

4.4 结果与分析

4.4.1 抗压强度的方差分析

4.4.2 显微结构分析

4.4.3 XRD分析

4.5 本章小结

第五章 加玻化微珠制备轻质耐火材料及性能分析

5.1 引言

5.2 工艺流程

5.3 成分对力学性能的影响

5.3.1 偏高岭土掺量对力学性能的影响

5.3.2 玻化微珠掺量对力学性能的影响

5.4 性能分析

5.4.1 抗压强度与耐热温度的关系

5.4.2 X射线衍射(XRD)分析

5.4.3 热稳定性分析

5.4.4 扫描电镜(SEM)分析

5.5 本章小结

第六章 导电性能及机理研究

6.1 引言

6.2 材料工作临界温度的确定

6.3 磷酸盐轻质耐火材料的导电特征

6.4 轻质耐火材料绝缘性能

6.5 高温导电机理分析

6.6 结论

结 论

本课题的创新之处

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致 谢