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原位合成制备莫来石-刚玉质耐火材料研究

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目录

声明

1 前 言

2 文献综述

2.1 耐火材料的国内外现状

2.1.1 耐火材料的定义

2.1.2 耐火材料的研究现状

2.1.3 耐火材料的分类

2.1.4 耐火材料的性能要求

2.1.5 提高耐火材料抗热震性的途径

2.2. 莫来石的概述

2.2.1 莫来石材料简介

2.2.2 莫来石材料的结构

2.2.3 莫来石晶须的生长机理

2.2.4 莫来石晶须的合成

2.2.5 原位生长莫来石晶须的研究现状

2.2.6莫来石材料用途

2.4 本课题的总体思路和研究内容

3 实验部分

3.1 实验原料

3.1.1 莫来石晶须前驱体的实验原料

3.1.2 刚玉质烧结体配方的实验原料

3.1.3 莫来石质烧结体配方的实验原料

3.1.4 烧结助剂的选择

3.2 实验仪器与设备

3.3 实验的工艺流程

3.3.1 莫来石晶须前躯体的制备工艺流程

3.3.2 试样的制备工艺流程

3.3.3 试样的烧成制度

3.4 实验内容

3.4.1 探索不同烧结体材料对样品性能的影响

3.4.2 探索坯体成型压力对样品性能的影响

3.4.3 探索烧成温度对样品性能的影响

3.4.4 探索烧结体与晶须前躯体的配比对样品性能的影响

3.4.5探索晶须前躯体的粒径对样品性能的影响

3.4.6 探索烧结助剂对样品性能的影响

3.5 结构与性能表征

3.5.1 材料气孔率的测定

3.5.2 材料吸水率的测定

3.5.3 材料体积密度的测定

3.5.4 材料抗折强度的测定

3.5.5 材料热膨胀系数的测定

3.5.6 材料抗热震性的测定

3.5.7 材料X射线衍射结构的测试

3.5.8 材料的扫描电子显微镜结构的测试

4 实验结果分析与讨论

4.1 不同烧结体配方实验的结果分析与讨论

4.1.1 不同烧结体配方对样品的烧结、力学及热学性能的影响

4.1.2 不同烧结体配方对样品显微结构的影响

4.2 不同成型压力对样品性能的结果分析与讨论

4.2.1 不同成型压力对样品烧结、力学性能的影响

4.2.2 不同成型压力对样品显微结构的影响

4.3 不同烧成温度对样品性能的结果分析与讨论

4.3.1 不同烧成温度对样品烧结、热学以及力学性能的影响

4.3.2 不同烧成温度对样品显微结构的影响

4.4 不同晶须前躯体与烧结体的配比对样品性能的结果分析与讨论

4.4.1 不同晶须前躯体与烧结体的配比对样品烧结、热学以及力学性能的影响

4.4.2 不同晶须前躯体与烧结体的配比对样品显微结构的影响

4.5 不同晶须前躯体的粒径对样品性能的结果分析与讨论

4.5.1 不同晶须前躯体的粒径对样品烧结、热学以及力学性能的影响

4.5.2 不同晶须前躯体的粒径对样品显微结构的影响

4.6 不同烧结助剂对样品性能的结果分析与讨论

4.6.1 不同烧结助剂对样品烧结、热学以及力学性能的影响

4.6.2 不同烧结助剂对样品显微结构的影响

5 结 论

致谢

参考文献

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摘要

莫来石-刚玉质材料具有抗蠕变、熔点高、抗热震和抗氧化性好,而且该类材料的原料丰富、性价比高,因此该类材料被认为是最优发展前途的高温材料之一。但国内的莫来石-刚玉质产品相比于国外同类产品,在抗热震性和使用寿命方面稍逊一筹,所以有必要对其进行系统的研究。
  本课题创新地采用原位合成针状莫来石的方式来制备莫来石-刚玉质耐火材料,并以此来提高材料的性能。本课题将莫来石晶须前驱体加入到烧结体材质中后让其进行原位反应。利用 XRD、TEM等测试手段对样品进行分析,并对耐火材料的强度、强度保持率、热膨胀系数和吸水率等力学性能和烧结性能以及显微结构进行测试和分析,讨论了烧结体配方、压力、烧成温度、配比、前驱体粒径和烧结助剂与莫来石-刚玉质耐火材料性能间的关系。
  在确定烧结体配方的实验中,莫来石质烧结体更加有利于针状莫来石的生成。在确定烧结体配方的基础之上,对样品的压力和烧成温度进行讨论,通过测试结果发现:当压力为8Mpa,烧成温度为1450℃时,样品性能较优。随后根据实验结果,对晶须前驱体与烧结体的质量比进行单因素实验,根据测试结果发现:当两者的质量比为5:5时,试样中的刚玉晶体和针状莫来石的比例适中,样品的性能较优,分别为:吸水率为14.9%,体积密度为2.1g/cm3,显气孔率为31.5%,抗折强度为55.9Mpa。
  本课题创新地对晶须前驱体进行喷水造粒处理,营造假性颗粒,使之更有利于针状莫来石的形成,通过实验结果我们可以发现:当粒径处于20-60目时,样品的性能最优。
  为了更好的提高材料的烧结性能,本课题选择加入不同含量的不同烧结助剂,以此进行实验探讨。最终得到当外加8%的滑石时,样品的性能最优,白云石的加入不利于抗热震性的提高,同时本组实验进行了强度保持率的测试,得到:
  在针状莫来石改善莫来石-刚玉质耐火材料中,莫来石主要是通过其独特的针、柱状穿插骨架结构。
  本文希望通过对以上问题的研究,为进一步提高莫来石-刚玉质耐火材料的性能提供了一个参考方向。

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