低温制备碳化硅泡沫陶瓷及其性能研究

摘要

碳化硅泡沫陶瓷具有透过性高、比表面积大、隔热性良好、抗热震性优异和高温性能优良等优点，在汽车尾气处理、工业污水处理、催化剂载体、熔融金属过滤和隔热隔音材料等邻域具有广阔的应用前景。
　　本文采用有机模板浸渍法，以聚氨酯海绵为模板、磷酸二氢铝为粘结剂、SiC微粉为骨料，在800℃和950℃下制备出碳化硅泡沫陶瓷，并对不同粘结剂低温制备的泡沫陶瓷进行高温处理。采用TG-DSC、XRD、SEM、万能试验机和水力学天平等分析手段，研究了浆料中磷酸二氢铝含量、固相含量、粘结剂种类和处理温度对碳化硅泡沫陶瓷的线收缩率、体积密度、抗折强度、开气孔率及微观形貌的影响，揭示了磷酸二氢铝的热解特性及碳化硅泡沫陶瓷的烧成机理。
　　结果表明：800℃低温制备出的SiC泡沫陶瓷线收缩率小于1%，体积密度小于0.5g/cm3。磷酸二氢铝含量为40%、固相含量为60%时，抗折强度达(1.24±0.01)MPa；950℃低温制备的SiC泡沫陶瓷线收缩率大于1%，体积密度小于0.6g/cm3，开气孔率介于75%~91%之间。随着磷酸二氢铝含量的增加，泡沫陶瓷微观组织有微裂纹出现并逐渐增多，在磷酸二氢铝含量为30%、SiC含量为60%时，泡沫陶瓷通孔结构良好。磷酸二氢铝含量为40%、固相含量为60%时，抗折强度达(2.22±0.26)MPa，碳化硅微粉由偏磷酸盐包裹、粘结起来。
　　磷酸盐粘结剂（磷酸二氢铝）低温制备的SiC泡沫陶瓷经高温处理后，开气孔率随处理温度的增加先增加后减小。处理温度在1000℃时，抗折强度达到峰值，处理温度在1400℃时，抗折强度则最小，碳化硅微粉由Al(PO3)3和AlPO4相包裹、粘结起来。复合粘结剂（磷酸二氢铝+高岭土）低温制备的SiC泡沫陶瓷经高温处理后，碳化硅微粉主要由AlPO4和莫来石相包裹、粘结起来。开气孔率随处理温度的增加而减小，抗折强度随处理温度的增加先增加后减小，处理温度在1400℃时，抗折强度为最大，达(1.43±0.12)MPa。
　　磷酸二氢铝在561℃聚合生成六元环状偏磷酸铝 Al2P6O18（B型Al(PO3)3），580℃时六元环状偏磷酸铝开始转变为四元环状偏磷酸铝 Al4(P4O12)3（ A型Al(PO3)3），950℃时，大部分B型Al(PO3)3转化成A型Al(PO3)3，同时A型Al(PO3)3开始分解成AlPO4和P2O5气体，1100℃之后，Al(PO3)3加速分解成AlPO4和P2O5气体。

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2国内外泡沫陶瓷的研究现状

1.3 SiC泡沫陶瓷的制备方法

1.4 SiC泡沫陶瓷的用途

1.5本课题研究的目的及意义

1.6本论文研究的主要内容

第二章 实验方法及分析测试

2.1实验原料及仪器

2.2泡沫陶瓷的制备

2.3泡沫陶瓷的分析和测试方法

2.4本章小结

第三章 磷酸二氢铝的热解转化机理研究

3.1磷酸二氢铝分解产物的晶型结构

3.2磷酸二氢铝的热分解特性

3.3本章小结

第四章 磷酸盐低温烧成SiC泡沫陶瓷及性能

4.1成分设计

4.2 800℃烧成SiC泡沫陶瓷的显微组织与性能

4.3 950℃烧成SiC泡沫陶瓷的显微组织与性能

4.4本章小结

第五章 热处理温度对低温制备SiC泡沫陶瓷性能的影响

5.1成分及热处理温度设计

5.2热处理温度对磷酸盐粘结剂制备SiC泡沫陶瓷性能的影响

5.3热处理温度对复合粘结剂低温制备出的SiC泡沫陶瓷性能的影响

5.4本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

附录

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