电气石微粒热行为及其对铁尾矿陶瓷复合材料性能的影响

摘要

电气石矿物粉体材料具有自发极性、发射远红外线功能、释放负离子和生物健康功能等特殊性能，在陶瓷、玻璃等传统产业产品的健康、环保功能化领域具有重要应用前景。本工作研究了电气石微粒在铁尾矿陶瓷复合材料制备过程中的转变机制，以及电气石对复合材料物相组成、微观结构、红外发射性能、体积密度、吸水率和抗弯强度的影响。 利用热重-差示扫描量热仪和高温物性分析方法研究了电气石对微晶陶瓷软化点温度和析晶温度的影响，发现电气石的掺入能够降低微晶陶瓷的软化点温度和析晶温度；利用Kissinger公式计算了微晶陶瓷的析晶活化能（200~256KJ/mol），研究发现电气石的掺入可以降低微晶陶瓷的析晶活化能，促进微晶陶瓷中晶核的析出，提高反应速率。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪研究电气石对微晶陶瓷微观结构和物相组成的影响，总结出电气石在微晶陶瓷制备过程中的转变机制：电气石的掺入促进了微晶陶瓷中低共熔物的形成，提高基体的流动性，电气石在相互吸引力的作用下发生相对移动；电气石与微晶陶瓷基体成分作用，发生物质交换和取代，电气石中含量较高的Al3+和Fe3+会扩散到邻近的颗粒中，破坏电气石的晶体结构。 将陶瓷基础粉末和电气石微粒的混合粉末压制成柱状样品条，在700℃的温度下保温3h制备得到电气石铁尾矿陶瓷复合材料，研究了电气石掺入量对铁尾矿微晶陶瓷复合材料性能的影响。研究发现：电气石掺入量为10%时，制备得到的微晶陶瓷的远红外发射性能最佳，发射率为0.933；体积密度最大，为3.141g/cm3；吸水率最小，为0.021；与不含电气石的铁尾矿复合材料相比，电气石的加入能够提高复合材料的红外发射率，增加体积密度，降低吸水率，提高抗弯强度。

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