莫来石结合碳化硅泡沫陶瓷的制备及性能研究

摘要

泡沫陶瓷具有80％～90％气孔率和高贯通性的三维网状结构，常用于金属熔体的过滤。目前，国内碳化硅泡沫陶瓷制品普遍存在强度低、产品性能不稳定等缺点，制约了碳化硅泡沫陶瓷的应用范围。因此改进碳化硅泡沫陶瓷的性能，研究增强泡沫陶瓷的方法，提高其使用寿命，拓展其应用领域是非常必要的。
　　 本研究采用有机泡沫浸渍法制备莫来石结合碳化硅泡沫陶瓷、纤维增强莫来石/碳化硅复合泡沫陶瓷、颗粒级配增强莫来石/碳化硅泡沫陶瓷。应用XRD、SEM等手段分析研究了莫来石结合相含量、莫来石纤维加入量和颗粒级配等工艺参数对复合浆料以及泡沫陶瓷的性能、物相、微观结构，抗热震性能的影响。
　　 研究表明，氢氧化铝和白炭黑以理论配比，在1380℃下制得转化率很高的莫宋石材料，随着莫来石含量的增加，试样的抗折强度先增大再减小，在莫来石含量为25 wt％时，试样强度达到最大值36.0MPa：莫来石纤维的加入能提高莫来石/碳化硅复合材料的抗折强度，当加入量达到15wt％时，试样的抗折强度在1380℃时达到最大值43.7MPa：采用级配的碳化硅粉能提高陶瓷的强度，其中以1.2μm、10μm、44μm三级配制备的试样在1380℃温度下烧结其抗折强度可达到25.2MPa。
　　 以丙烯酸铵为分散剂，采用WD-60改性后的1.2μm碳化硅粉能提高级配料浆的固相含量。在pH=11时，莫来石纤维加入量为15 wt％时，料浆的粘度最小，浆料的流变性最好。
　　 显微结构分析表明，颗粒级配能提高泡沫陶瓷孔筋的致密度，降低碳化硅颗粒界面氧化的程度，提高了材料的抗热震性能；三级配制备的泡沫陶瓷的抗热震次数可达到14：一定含量的莫来石纤维能提高莫来石/碳化硅泡沫陶瓷的抗热震性，莫来石纤维的加入量为15wt％时，抗热震次数达到最大为16次，纤维在复合材料中通过微裂纹增韧，纤维拔出、纤维断裂进行应力传递转移来提高复合材料的抗热震性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2莫来石

1.3泡沫陶瓷的研究现状

1.3.1氮化硅／碳化硅泡沫陶瓷

1.3.2氧化铝／碳化硅泡沫陶瓷

1.3.3莫来石／碳化硅泡沫陶瓷

1.4纤维增强陶瓷材料的机理

1.5紧密堆积理论

1.6粉体在浆料中的分散及影响因素

1.7粉体的改性

1.7.1物理涂覆改性

1.7.2化学包覆改性

1.7.3机械力化学改性

1.8研究的目的、意义和主要研究内容

1.8.1本课题研究的目的与意义

1.8.2研究的主要内容

第2章实验

2.1实验原料及设备

2.2莫来石／碳化硅复合泡沫陶瓷的制备工艺流程

2.3莫来石／碳化硅泡沫陶瓷的制备工艺流程

2.4测试方法

2.4.1 Zeta电位的测定

2.4.2固相体积含量的测定

2.4.3沉降实验

2.4.4粘度测试

2.4.5抗压强度测试

2.4.6抗折强度测试

2.4.7抗热震性

2.4.8气孔率

第3章莫来石结合碳化硅复合材料的制备

3.1莫来石结合剂的原料

3.2莫来石结合碳化硅复合材料的制备

3.3结果与讨论

3.3.1不同铝质原料对莫来石合成温度的影响

3.3.2不同铝质原料和硅质原料配比对材料性能的影响

3.3.3烧成温度及结合相比例对复合材料的力学性能的影响

3.4本章小结

第4章莫来石／碳化硅复合陶瓷性能的研究

4.1纤维增强莫来石／碳化硅陶瓷机理

4.2纤维增强莫来石／碳化硅复合陶瓷

4.3颗粒级配增强莫来石／碳化硅复合陶瓷

4.3.1碳化硅微粉的级配

4.3.2颗粒级配对烧结体力学性能的影响

4.3本章小结

第5章莫来石／碳化硅复合浆料的研究

5.1分散稳定机理

5.1.1静电稳定机理

5.1.2空间位阻稳定机理

5.1.3静电—空间位阻稳定机理

5.1.4碳化硅微粉的改性

5.2莫来石碳化硅料浆的研究

5.2.1对碳化硅颗粒进行改性对Zeta电位的影响

5.2.2改性碳化硅粉对浆料稳定性的影响

5.2.3改性碳化硅粉对浆料固相体积含量的影响

5.2.4改性碳化硅粉对复合浆料粘度的影响

5.3颗粒级配碳化硅浆料的研究

5.3.1颗粒级配对浆料粘度的影响

5.3.2颗粒级配对固相含量的影响

5.4莫来石纤维／碳化硅浆料的研究

5.4.1 pH值对莫来石纤维分散性能的影响

5.4.2分散剂的选择

5.4.3莫来石纤维的加入量对浆料粘度的影响

5.5本章小结

第6章莫来石／碳化硅泡沫陶瓷显微结构与性能研究

6.1抗热震性

6.2莫来石结合碳化硅泡沫陶瓷材料显微结构分析

6.2.1莫来石／碳化硅泡沫陶瓷显微结构分析

6.2.2莫来石结合碳化硅泡沫陶瓷形貌分析

6.3颗粒级配增强莫来石／碳化硅泡沫陶瓷的显微结构分析

6.3.1颗粒级配对泡沫陶瓷力学性能的影响

6.3.2颗粒级配对泡沫陶瓷抗热震性能的影响

6.4纤维增强莫来石／碳化硅泡沫陶瓷的显微结构分析

6.4.1莫来石纤维增强莫来石／碳化硅泡沫陶瓷的形貌分析

6.4.2烧成温度对莫来石纤维增强效果的影响

6.4.3莫来石纤维对泡沫陶瓷力学性能的影响

6.4.4莫来石纤维对泡沫陶瓷抗热震性的影响

6.5本章小结

第7章结论

致谢

参考文献