PSZ-CaO泡沫陶瓷的制备及力学性能研究

摘要

氧化锆基泡沫陶瓷是一种气孔率高、体积密度小、高温强度好，具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的先进多孔陶瓷。目前大多采用PSZ-MgO粉料，加入少量添加剂，使用有机泡沫浸渍法制备技术，在1700℃以上通过固相烧结制备性能良好的钢水过滤用PSZ-MgO质泡沫陶瓷。随着需求的不断增加，采用PSZ-CaO粉料，降低烧结温度，降低生产成本，逐渐成为钢水过滤用氧化锆基泡沫陶瓷的研究方向之一。为降低氧化锆基泡沫陶瓷的生产成本，满足市场对价格低性能好的钢水过滤用PSZ-CaO质泡沫陶瓷的需求，使其得到广泛推广应用，本文进行了如下研究。 1、采用价格低廉PSZ-CaO粉料为骨料，加入烧结助剂复合矿化物，低温烧结制备试样，研究通过制定合适的材料化学组成，提高PSZ-CaO泡沫陶瓷的常温力学性能。(1)配方组成中加入5wt％的复合矿化物，可以使PSZ-CaO泡沫陶瓷实现在1575℃烧结；(2)加入2wt％α-Al<,2>O<,3>可使PSZ-CaO泡沫陶瓷的抗弯强度提高0.1 Mpa以上，起到棒晶补强效果；(3)膨润土可以改善浆料的流变性能，其加入量以1.5wt％为宜；(4)硅溶胶提高了坯体高温烧结时的机械强度，加入量为2.0wt％左右；(5)氧化钇对PSZ-CaO泡沫陶瓷的t-ZrO<,2>起到共稳效果，加入0.5wt％Y<,2>O<,3>时制品抗弯强度可提高0.1 9Mpa。(6)配方的其它组分为PSZ-Ca098wt％、CMC1.5wt％、油酸2.0wt％。 2、采用国产聚氨脂海绵(价格不到国外进口海绵的1/4)为泡沫前驱体，研究通过提高泡沫前驱体的挂浆质量，提高PSZ-CaO泡沫陶瓷的常温力学性能。实验表明，采用国外进口的聚氨脂海绵作泡沫前驱体，挂浆质量好，制备的制品外观品质及力学性能高，但成本高；本工作通过用浓度为15％NaOH溶液对国产泡沫前驱体预处理、添加膨涧土改善浆料流变性能及多次涂覆工艺等方法，有效的解决了国产泡沫前驱体挂浆质量差的问题，提高了坯体的成型质量，制备了外观品质及常温力学性能良好的PSZ-CaO泡沫陶瓷。 3、缩短制品烧结时间，降低能耗，研究通过制定合适的烧成制度，提高PSZ．Ca()泡沫陶瓷的常温力学性能。泡沫陶瓷前驱体烧失期200～6000℃范围，以50℃/h慢速升温，可防止制品开裂或粉化；1300℃至烧成温度的升温区间，是制品致密化的主要阶段，升温速度过快会导致制品开裂，以80℃/h为宜；在烧成温度保温1小时可使制品充分致密化；降温过程无需时效处理，采用快速冷却，降温速度可达450℃/h，有利于提高制品的强度；坯体从入窑到出窑烧结总时长少于20小时。 由以上实验研究，根据材料各组分对PSZ-CaO泡沫陶瓷性能的影响规律，选择优化的浸渍成型工艺和合适的烧成制度，通过正交实验，确定了在本实验条件下最优的生产配方，在1575℃烧结制备出气孔率达86.3％、体积密度为0.66g/cm<'3>、抗弯强度为2.03Mpa、抗热震性为连续四次(在1500℃保温2min取出)空冷后才开裂、孔密度为10PPI、使用温度可达1700℃的PSZ-CaO质泡沫陶瓷。本课题研究开发的PSZ-CaO质泡沫陶瓷产品，其生产成本相对低廉，规格 80mm×20mm的生产成本约为5.2元(未附加人力成本)，而现在市场上此规格PSZ-MgO质产品销售价在25元左右。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

第二章实验过程

第三章实验结果与讨论

结论

参考文献

在学期间发表的学术论文

致谢