粘土基陶瓷-碳复合材料的原位热压制备及其性能研究

摘要

粘土在自然界中分布广泛、价格低廉，在陶瓷等领域获得广泛应用，然而粘土陶瓷通常力学性能较差。针对这一问题，本论文原位热压有机改性粘土，制备了粘土基陶瓷-碳复合材料，并对复合材料的性能表征分析，主要内容归纳如下:　　(1)高温下煅烧凹凸棒石，考察了凹凸棒石的热相变过程，1200℃下凹凸棒石可相变生成顽辉石陶瓷、堇青石陶瓷及方石英陶瓷。1000℃热压凹凸棒石所得陶瓷材料的力学性能最优，其中，强度最高(187 MPa)的凹凸棒石基陶瓷材料含有石墨化碳，碳在陶瓷晶粒间起到键合作用，断裂过程中陶瓷由晶间断裂转变为穿晶断裂，从而提高粘土陶瓷强度。　　(2)水热法制备凹凸棒石-碳复合材料，并热压凹凸棒石-碳制备了陶瓷-碳复合材料。与热压未改性凹凸棒石相比，碳的引入大大改善了陶瓷的导电性能。凹凸棒石吸附乙酰胺后制得有机凹凸棒石，热压有机凹凸棒石得到碳增强的凹凸棒石基陶瓷-碳复合材料。当乙酰胺的质量分数为15 wt.％时，陶瓷-碳复合材料的强度最佳为101MPa，比热压未改性凹凸棒石提高了33％。　　(3)热压有机蒙脱石(Cloisite15)可制得陶瓷-碳复合材料，复合材料的强度为118 MPa，模量为46 GPa。十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)插层到蒙脱石的纳米片层，制得有机改性蒙脱石。热压过程中，蒙脱石相变形成堇青石陶瓷以及莫来石陶瓷;OTAC在蒙脱石片层间碳化，最终形成蒙脱石基陶瓷-碳复合材料，石墨碳对陶瓷晶粒起到键合、补强作用。原位热压废白土也可制得具有半导体特性的陶瓷-碳复合材料。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 低价陶瓷原料—粘土矿

1．1．1 粘土矿在陶瓷材料中的应用

1．1．2 凹凸棒石的性质及应用

1．1．3 蒙脱石的性质及应用

1．2 陶瓷及其复合材料

1．2．1 陶瓷的断裂及强化增韧

1．2．2 陶瓷基复合材料及分类

1．3 陶瓷基复合材料的烧结工艺

1．3．1 常压烧结法

1．3．2 热压烧结法

1．3．3 热等静压法

1．3．4 微波烧结法

1．3．5 放电等离子体烧结法

1．4 陶瓷-碳复合材料

1．5 研究内容及特色

第二章 实验方法及分析表征

2．1 实验原料、试剂及仪器型号

2．2 实验部分

2．2．1 凹凸棒石高温下的热相变

2．2．2 有机改性凹凸棒石的制备

2．2．3 有机改性蒙脱石的制备

2．2．4 原位热压烧结制备陶瓷-碳复合材料

2．3 分析表征

2．3．1 X-射线衍射(XRD)

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．3 红外光谱分析(FTIR)

2．3．4 元素分析(EA)

2．3．5 X射线能谱分析(XPS)

2．3．6 拉曼光谱分析(Raman)

2．3．7 热重分析仃G)

2．4 性能表征

2．4．1 密度及孔隙率的测量

2．4．2 力学性能表征

2．4．3 电学性能表征

第三章 凹凸棒石高温相变及热压性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．3 结果与讨论

3．3．1 凹凸棒石原料的表征及分析

3．3．2 凹凸棒石煅烧过程中的热相交

3．3．3 热压凹凸棒石制备陶瓷材料的结构及性能表征

3．4 小结

第四章 凹凸棒石基陶瓷-碳复合材料的原位热压制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 结果与讨论

4．3．1 热压凹凸棒石／碳制备陶瓷-碳复合材料

4．3．2 热压有机凹凸棒石制备陶瓷-碳复合材料

4．4 小结

第五章 蒙脱石基陶瓷-碳复合材料的原位热压制备

5．1 引言

5．2 实验部分

5．3 结果与讨论

5．3．1 热压Cioisite15制备蒙脱石基陶瓷-碳复合材料

5．3．2 热压有机改性蒙脱石制备陶瓷-碳复合材料

5．3．3 热压废白土制备陶瓷-碳复合材料

5．4 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的论文及专利