氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备研究

摘要

泡沫陶瓷是一种特殊工艺制作的开孔率高达70％～90％并具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔的新型多孔陶瓷材料，具有化学性能稳定、强度高、耐高温、抗热震性好、比表面积大等诸多优点。其中的氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷材料以制备成本低、使用功效高而受到业内广泛关注。 针对普通粘土质泡沫陶瓷强度较低、抗热震性能差、适用范围小等缺点；单组分SiC、AIN、ZrO2等泡沫陶瓷烧结温度高、成本高昂等现状，作者以氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备为研究对象，采用有机泡沫浸渍法制备了氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷，系统研究了各种因素对该材料性能的影响，获得了如下研究成果。 （1）有机泡沫前驱体预处理能显著提高浸浆量。实验选用聚氨酯海绵为有机前驱体，聚氨酯海绵经碱处理后破坏了聚氨酯海绵的网络间膜，同时也增加了茎的粗糙度，一定程度上改善了浸浆性能；而经过碱处理再经CMC改性的海绵与浆料润湿性得到了改善，聚氨酯海绵的浸浆量增加。 （2）研究发现，在浆料中加入适当的分散剂可获得高固相含量、均匀稳定、流变性良好、适于浸渍的浆料。实验结果表明，浆料中加入质量分数为0.4％的分散剂聚丙烯酸胺获得的浆料性能最优；固含量为68.4％～69.4％时最适合浸渍；对辊间距与前驱体浸浆量的关系紧密，较佳的d/h（其中d为对辊间距，h为海绵高度）控制范围为9.45％～10.35％。 （3）微波干燥提高了复合泡沫陶瓷的抗压强度和成品率。实验采用微波干燥方式有效地减少了椭圆变形，增加了浸浆量的限制范围，因此，泡沫陶瓷制品的抗压强度和成品率得到提高，同时提高了干燥效率，节约了能源。 （4）通过对不同配方陶瓷烧结温度的研究，分析得到烧结过程中陶瓷物相的演变，同时考察了烧结温度对陶瓷性能的影响，得出配方B为最佳配方；通过对配方B陶瓷不同烧结保温时间的研究，得到了保温时间对复合泡沫陶瓷性能的影响，实验确定复合陶瓷较佳的烧结温度为1500℃，保温时间为90min，该工艺条件制备的复合泡沫陶瓷开孔率达到81.2％，抗压强度达到1.21MPa，抗热震性能（Dst）为0.52。 （5）研究发现，添加Y2O3、CaO不仅能有效促进氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷材料的烧结，提高陶瓷致密度，而且还能够显著提高复合泡沫陶瓷的抗压强度和抗热震性能。 采用上述方法所制备的复合泡沫陶瓷材料不仅能较好地解决普通泡沫陶瓷强度低，抗热震性能差的问题，而且制备成本低，绿色环保，具有较好的工业应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2泡沫陶瓷材料发展现状

1.2.1泡沫陶瓷材料概述

1.2.2泡沫陶瓷的制备工艺

1.2.3泡沫陶瓷的应用

1.3氧化铝/莫来石复合陶瓷的研究现状

1.3.1氧化铝基复合陶瓷

1.3.2氧化铝/莫来石复合陶瓷

1.3.3陶瓷致密化烧结技术研究

1.4泡沫陶瓷浆料流变学的研究现状

1.4.1泡沫陶瓷浆料稳定性研究概况

1.4.2关于泡沫陶瓷浆料流变性理论

1.4.3添加剂对浆料稳定性及流变性的影响研究进展

1.5目前存在的主要问题

1.6本论文研究的意义及主要内容

第二章氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备工艺及测试方法

2.1引言

2.2实验原料与主要实验设备

2.2.1主要实验原料

2.2.2主要实验设备

2.3氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备工艺流程

2.3.1前驱体的制备

2.3.2前驱体的烧结

2.4实验过程中的相关参数表征与主要测试方法

2.4.1相关参数的表征

2.4.2主要测试方法

2.5本章小结

第三章前驱体制备对氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷性能的影响研究

3.1引言

3.2前驱体制备工艺参数的优化

3.2.1陶瓷粉体的选择

3.2.2前驱体海绵的选择及预处理

3.2.3浆料的制备及性能研究

3.2.4浸渍及辊压工艺

3.2.5前驱体的干燥

3.3前驱体制备工艺参数对复合泡沫陶瓷性能的影响研究

3.3.1前驱体孔径对复合泡沫陶瓷性能的影响

3.3.2前驱体浸浆量对复合泡沫陶瓷性能的影响

3.3.3干燥过程对陶瓷性能的影响

3.4本章小结

第四章前驱体致密化烧结对复合泡沫陶瓷性能的影响研究

4.1引言

4.2烧结制度的制定

4.2.1前驱体的DSC-TGA分析

4.2.2前驱体烧结制度的确定

4.3烧结行为对陶瓷物相、显微结构及力学性能的影响研究

4.3.1烧结温度的影响

4.3.2保温时间的影响

4.4复合泡沫陶瓷的外部形貌、内部结构

4.5本章小结

第五章氧化物添加剂对复合泡沫陶瓷性能的影响研究

5.1引言

5.2实验过程

5.3氧化物添加剂对复合泡沫陶瓷烧结致密化的影响

5.4氧化物添加剂对复合泡沫陶瓷力学性能的影响

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间主要研究成果