熔盐法制备镁橄榄石轻质材料的孔结构

摘要

熔盐法是一种新型的制备轻质材料的方法，能够在低温下制备出高气孔率和高强度的多孔材料。孔结构是轻质材料的重要特征之一，与材料的气孔率、热导率和强度等性能有着密切的关系。因此，采用合适的表征技术探索熔盐法制备轻质材料孔结构形成机理和特征，研究材料的性能与组成、结构之间的关系对于制备轻质耐火材料有着重要的意义。
　　本文以天然镁橄榄石为原料，采用熔盐法分别在NaCl和NaCl-Na2CO3熔盐体系下于1000℃、1050℃、1100℃和1150℃制备镁橄榄石轻质材料。研究了在各体系下气孔的形成过程和机理，并采用压汞法、氮气吸附法和分形理论分析了孔结构特征，同时用灰色理论系统研究了孔结构与轻质材料强度之间的关系。研究表明：
　　(1)以NaCl盐为介质制备镁橄榄石轻质材料过程中，气孔主要由熔盐蒸发和水溶解而形成，其中盐水溶后形成的气孔是材料成孔的主要方式。其孔结构的分形维数随着盐含量的增加和温度的升高而逐渐降低，孔结构由复杂趋向于简单。相同温度不同熔盐含量时，轻质材料的耐压强度与孔径区间在4.6~46μm的关联度最大，其次是分形维数；相同熔盐含量不同温度时，轻质材料的耐压强度与孔径分布关联度最大，其次是分形维数。
　　(2)在NaCl-Na2CO3熔盐体系制备镁橄榄石轻质材料，气孔主要由碳酸钠分解和氯化钠水溶共同作用下形成不同尺寸的气孔。其氮气吸附-脱附等温线为II型吸附等温线，形成B型滞后环形状，孔的形状呈窄开口的宽孔或狭长孔。当Na2CO3加入量为30％，且合成温度为1100℃时，介孔的均匀性、孔径分布和孔径尺寸达到最佳。气孔的分形维数因成孔机理不同而产生不同的变化。相同温度不同熔盐含量时，轻质材料的耐压强度与分形维数和显气孔率的关联度最大；不同温度时，轻质材料的耐压强度与孔径区间在6.6~66μm、孔隙率和分形维数的关联度最大。

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第1章 文献综述

1.1 研究背景及意义

1.2 轻质材料的微观结构

1.2.1 孔结构及表征技术

1.2.2 微观结构与宏观结构的性能关系

1.3 研究思路及研究内容

1.3.1 研究思路

1.3.2 研究内容

第2章 试验原料和设备

2.1 试验原料

2.2 试验用设备

2.2.1 烧结设备

2.2.2 X射线衍射仪

2.2.3 综合热分析仪

2.2.4 扫描电子显微镜及能谱仪

2.2.5 全自动压汞仪

2.2.7 万能试验机

2.2.8 显气孔率测定仪

2.2.9 Autosorb-a 全自动比表面积和孔隙率测试仪

第3章 NaCl为熔盐介质制备轻质材料的孔结构

3.1 孔形成机理

3.1.1 试样的物相组成

3.1.2 熔盐体系的热分析

3.1.3 材料中气孔形成机理

3.1.4 试样中气孔结构的形貌图

3.1.5 材料中气孔形成机理

3.2 孔体积分形维数

3.2.1 不同温度烧后试样的孔体积分形维数

3.2.2 不同熔盐含量轻质材料1100 ℃烧成时的孔体积分形维数

3.2.3 孔体积分形维数与孔径分布的关系

3.3轻质材料微观结构与强度的关系

3.3.1 不同熔盐含量试样微观结构与强度灰色关联分析

3.3.2 不同温度试样微观结构与强度灰色关联分析

3.4 本章小结

第4章 NaCl-Na2CO3为熔盐介质制备轻质材料的孔结构

4.1 孔形成的机理

4.1.1 试样的物相组成

4.1.2 复合熔盐体系的热分析

4.1.3 轻质材料中气孔形成机理

4.1.4 氮气吸附法研究孔结构的形成和演变

4.2 孔的分形维数

4.2.1 不同温度烧成试样的孔体积分形维数

4.2.2 不同熔盐含量烧成试样的孔体积分形维数

4.2.3 孔体积分形维数与孔径分布的关系

4.3轻质材料微观结构与强度的关系

4.3.1 不同熔盐含量试样微观结构与强度灰色关联分析

4.3.2 不同温度试样微观结构与强度灰色关联分析

4.4 本章小结

第5章 结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢