粉煤灰基多孔莫来石陶瓷的性能优化及低温烧结

摘要

本文以粉煤灰，外加铝源(氧化铝、氢氧化铝)为主要原料，运用淀粉原位固化成型技术高温烧结制备了多孔莫来石陶瓷。并对其抗弯强度，显气孔率，体积密度进行了表征；运用扫描电子显微镜观察样品孔的孔径、形状和分布。利用X射线衍射仪，对样品进行了物相分析。实验表明氢氧化铝作为外加铝源相比氧化铝更易得到高强度的多孔莫来石陶瓷。
　　 在此基础上加入少量的氟化铝，促进原位反应生成莫来石晶须，大大的改善了制得的多孔莫来石陶瓷的抗弯强度，提高了其力学强度。通过对样品微观形貌的分析表明添加氟化铝能够在较低的温度下形成高长径比的莫来石晶须，随着温度的升高，晶须明显变粗，这些高长径比的晶须相互搭建形成了一种咬合结构，这种结构对提高陶瓷的强度是有利的。同时证明氢氧化铝作为铝源相对于氧化铝更易制得高长径比的莫来石晶须，形成的这种咬合结构也更明显。‘氢氧化铝为铝源添加氟化铝使粉煤灰制备的多孔莫来石陶瓷(气孔率为40％左右)的抗弯强度由70MPa提高到120MPa。
　　 为了更高层次的实现粉煤灰的利用价值，在较低的温度下得到高强度的莫来石陶瓷，节约能源。以粉煤灰，氢氧化铝，氟化铝为主要原料，并分别添加La2O3、Y2O3、MgO等烧结促进剂，探讨其在粉煤灰-氢氧化铝-氟化铝体系中促进低温烧结的效果。实验结果表明，La2O3、Y2O3、MgO等都实现样品的低温烧结。La2O3、Y2O3主要以低温下生成大量液相来实现烧结，但其价格较贵，而MgO主要以固溶产生缺陷促进烧结，氧化镁过量时(10wt％)虽然促进了致密化，却抑制了莫来石相的生成。最后，以铝矾土代替工业生产的铝源加入粉煤灰，加入3wt％，5wt％的氧化镁促进致密化制备多孔莫来石陶瓷，但物相仍以刚玉相和石英相为主。
　　 本实验，通过配方及添加剂的选择，成功在较低温度下(1400℃)利用粉煤灰制备了具有较高强度的莫来石陶瓷，不仅节约了天然资源，实现了粉煤灰的潜在利用价值，而且有利于保护环境，为工业粉煤灰制备多孔莫来石提供实验和理论依据。