莫来石纤维基多孔隔热可回弹复合材料的制备及性能研究

摘要

高温密封问题近年来得到了较多的关注,耐热密封材料的基本要求是耐高温同时具有可压缩,高回弹性能,保证整个使用过程中的密封。本课题设计了实现气密的致密涂层和实现热密与弹性的多孔陶瓷组合热密封构件,本论文主要研究后者,设计来源为自然界中的鸟巢结构。
　　本文以多晶莫来石纤维做为多孔骨架、以球形SiO2为高温粘结剂,利用叔丁醇基凝胶注模工艺制备了莫来石纤维基多孔陶瓷。本实验中采用叔丁醇为溶剂,有三方面作用:一是作为造孔剂,在烧结过程中形成多孔SiO2陶瓷,在纤维之间充当弱界面;二是它有较高的饱和蒸汽压,能提高较低的温度下挥发,提高干燥效率;三是它有较低的表面张力,使材料有较小的收缩,有效的控制纤维搭接结构。研究了烧结温度、固相含量、莫来石纤维与球形SiO2比例及纤维长径比对莫来石纤维基多孔陶瓷的物相、显微结构、机械性能及热性能等的影响。实验结果表明:确定固相含量为45 wt％,烧结温度为1600℃时,试样气孔率为70.92%,密度为0.79 g/cm3,抗压强度为13.22 MPa,热导率为0.22 W/(m·K)。随着烧结温度由1300℃到1500℃,试样的压缩回弹率(2%形变)由100%降到66%。确定烧结温度为1400℃,随着固相含量由10 wt%上升到45 wt%,试样的密度由0.404 g/cm3上升到0.620 g/cm3,气孔率由84.70%下降到75.12%,室温热导率由0.08 W/(m·K)上升到了0.17 W/(m·K),抗压强度由0.58 MPa增到1.71 MPa,且高固相含量的应力-应变曲线中表现出脆性断裂的现象。确定烧结温度为1400℃,随着莫来石纤维与SiO2比由3:1降为1:1,其显微结构表明试样内部的熔融SiO2增多,使纤维之间的搭接结点增多。试样的抗压强度由1.2 MPa增加到2.4 MPa,气孔率由82%下降到76%。同时由其应力-应变曲线看出当SiO2含量增加时,试样表现出了较明显的脆性断裂的现象。纤维长径比对试样的收缩率、失重率、热导率的影响不明显。随着纤维长径比的减小,所制备的试样内部越致密,其应力-应变曲线出现了小的脆性断裂的现象,说明纤维长径比的减小,使材料的刚性增加。
　　本文还探索了弹性片制备工艺,包括模具的设计、坯体的成型工艺、坯体的干燥过程、试样的烧结方面,目前已经可以制备出厚度在0.5-2mm范围内的弹性片,且表面比较平整。

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第一章 综 述

1.1前言

1.2隔热材料概述

1.3弹性材料概述

1.4凝胶注模工艺制备多孔陶瓷概述

1.5课题的提出与意义

第二章 实验原料与表征方法

2.1实验原料与设备

2.2表征方法

第三章 实验设计与内容

3.1实验设计

3.2莫来石纤维的选取、预处理

3.3实验内容

3.4实验流程

3.5排胶制度的确定

第四章 实验结果与讨论

4.1莫来石纤维的悬浮试验

4.2烧结温度对莫来石纤维多孔陶瓷的性能影响

4.3固相含量对莫来石纤维多孔陶瓷的性能影响

4.4纤维含量对莫来石纤维多孔陶瓷的性能影响

4.5纤维长径比对莫来石纤维多孔陶瓷的性能影响

4.6弹性片工艺过程探索

第五章 全文结论

参考文献

发表论文与参加科研情况说明

致谢