氧化铝基蜂窝陶瓷蓄热体的制备及其性能研究

摘要

以a-Al<,2>O<,3>微粉料为主原料,采用粘土、羧甲基纤维素(CMC)等有机-无机复合增塑剂,加入桐油等作为润滑剂,采用挤出成型法制备剐玉质高温型蜂窝陶瓷蓄热体.用塑性测试仪测定了增塑剂等对泥料可塑性指标的影响;解决了瘠性料难以挤塑成型的技术难题.在制备过程中,引入MgO等矿化剂来降低氧化铝的烧结温度,促进氧化铝陶瓷的烧结,调整材料的矿物组成,控制材料的显微结构,优化材料的热学性能和力学性能等,使其能够应用于高温蓄热燃烧领域.实验发现,泥料的含水量应该保持在10％~20%的范围内,复合增塑剂含量保持在3~7%为宜.MgO等矿化剂的引入能够有效的促进Al<,2>O<,3>陶瓷的烧结,使其能够在1450℃保温1小时的条件下发生烧结.通过XRD、SEM(带能谱分析)等测试手段测试样品的矿物组成和显微结构;结果表明,引入MgO等矿化剂后,材料在烧结过程中主要形成第二相和一定量的低共溶相填充在Al<,2>O<,3>晶粒之间,籍此可以有效控制材料的显微结构.用示差法、阿基米德法、三点弯曲法等方法测试出材料的热膨胀系数、密度、吸水率、气孔率、强度等.材料的热膨胀系数可降低到62.5×10<'-7>℃<'-1>以下,孔壁密度大于2.40 g/cm<'3>,吸水率保持在9~16%,显气孔率小于38%,抗折强度则大于40MPa,用TC700OH激光热常数测试仪测定了材料的导热系数和比热,导热系数为1.015×10<'1>W/(m·K)(18℃)和5.802×10<'0>W/(m·K)(1300℃),比热为8.836×10<'-1>J/(g·K)(18℃)和1.960×10<'0>J/(g·K)(1300℃),用三角耐火锥测温法测定了材料的耐火度,其值大于1790℃,采用模拟实际工况的方法对材料的抗热震性进行了测试,在1100℃~10℃的冷水交替循环下抗热冲击次数大于40次.实验发现,当外加剂含量较少时,样品的烧结程度低,强度不理想,抗热震性能不好.外加剂含量过多则生成过多的液相,使样品的气孔率大大减小,减少了材料在热冲击过程中的结构调整空间,从而降低了材料的抗热震性能.SiC的引入,不但能够与Al<,2>O<,3>发生反应生成液相组分和第二相,并且能够诱导Al<,2>O<,3>晶粒长成片状,大大增强晶粒间的结合强度,剩余的SiC还可以起到颗粒弥散增强的作用,从而有效的提高了Al<,2>O<,3>陶瓷材料的强度.引入SiC的样品在烧结过程中,首先在样品的表面产生SiC与O<,2>及Al<,2>O<,3>的反应,形成一层致密的保护层,阻碍O<,2>进入材料内部,在材料的内部留下较大的气孔率,可以降低其热膨胀系数,并使材料在受热过程中有一定的空间进行结构调整,能够显著的提高Al<,2>O<,3>陶瓷材料的抗热冲击次数.实验结果表明,该文开发的蜂窝陶瓷蓄热体具有良好的蓄热性、传热性、抗热震性和耐高温性,并具有较高的强度和密度,是一种非常理想的高温型蓄热体.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1蜂窝陶瓷的研究进展

1.1.1国外的研究现状

1.1.2国内的研究现状

1.2蜂窝陶瓷陶瓷蓄热体研究进展及其应用现状

1.2.1选择蓄热体基本要求

1.2.2国外的研究现状

1.2.3国内的研究现状

1.3课题的提出及目的、意义

第二章陶瓷蜂窝体的制备

2.1氧化铝的基本性能

2.2 Al2O3陶瓷在蓄热体中应用及存在的问题

2.3外加剂对Al2O3陶瓷性能影响

2.4蜂窝陶瓷材料的配方设计

2.4.1配方设计

2.4.2原料的处理

2.5蜂窝陶瓷的制备工艺

2.5.1配料

2.5.2练泥

2.5.3陈腐

2.5.4蜂窝陶瓷的成型工艺

2.5.5切割

2.5.6蜂窝陶瓷的干燥工艺

2.5.7蜂窝陶瓷的烧结工艺

2.5.8检验、包装、储存

第三章蜂窝陶瓷蓄热体矿物组成的确定与显微结构的形成

3.1烧成温度和保温时间对Al2O3陶瓷矿物组成的影响

3.2外加剂对氧化铝陶瓷矿物组成研究

3.2.1 MgO的外加量对对Al2O3陶瓷矿物组成的影响

3.2.2 TiO2的外加量对Al2O3陶瓷矿物组成的影响

3.2.3 SiO2的外加量对Al2O3陶瓷矿物组成的影响

3.2.4 SiC的外加量对Al2O3陶瓷矿物组成的影响

3.3外加剂对Al2O3陶瓷显微结构的影响

3.3.1 MgO的引入对Al2O3陶瓷材料显微结构的影响

3.3.2 SiC的引入对Al2O3陶瓷材料显微结构的影响

第四章蜂窝陶瓷蓄热体的性能研究

4.1烧成样品的密度、气孔率和吸水率研究

4.2强度测试

4.3热膨胀性能研究

第五章外加剂对材料抗热冲击性的影响

5.1抗热冲击性能研究

5.2影响材料抗热冲击性能的因素

5.2.1材料的力学性能和热学性能对材料抗热冲击性的影响

5.2.2材料的组分对材料抗热冲击性的影响

5.2.3材料的显微结构对材料抗热冲击性的影响

5.3其他热学性能测试

第六章结论

参考文献

致谢

论文工作期间所发表和待发表的学术论文