氮化硅结合碳化硅多孔陶瓷支撑体的制备与表征

以碳化硅、硅粉为主要原料,以氧化铝和氧化钇为烧结助剂,通过添加不同质量分数的淀粉为造孔剂,采用反应烧结方式制备了系列氮化硅结合碳化硅多孔陶瓷支撑体,并对烧成样品的物相、显微结构、孔隙率、抗折强度、孔径分布、纯水通量和耐酸碱性能进行了分析和表征. 结果表明,样品的主晶相为碳化硅和氮化硅,还有少量的焦硅酸钇和塞隆;随着淀粉质量分数的增加,样品的孔隙率随之增大,样品的抗折强度随之减小,同时样品的平均孔径和纯水通量随淀粉质量分数的增加均呈现先增大后减小的趋势;样品有良好的耐酸碱性能,在标准酸性和碱性条件下的质量损失率分别为1.96%~2.04%、3.96%~4.13%;当淀粉的质量分数为3%时,烧成样品的孔隙率为41.8%,抗折强度为18.1 MPa,孔径主要分布在0.7 μm~2.5 μm之间,纯水通量最高,可达9.2 m³/（m2*h）,综合性能较佳.     

硅基添加剂作粘结剂的多孔碳化硅陶瓷的制备与表征

以碳化硅、磷酸和二氧化硅为原料,采用常压烧结工艺,制备了系列硅基磷酸盐为粘结剂的多孔碳化硅陶瓷,并对烧结样品的密度、孔隙率、物相、显微结构及其力学性能和耐酸碱性能进行了分析和表征.结果表明,烧结样品的密度随烧结温度和粘接剂含量的增加而减小,孔隙率的变化则相反,同时样品的抗折强度随之先增大再减小,并且其断裂方式为沿晶断裂,样品孔隙率均在23.1%~39.2%之间,在烧结温度为1 250℃、二氧化硅质量分数为1.78%时,抗折强度达到最大值39.158 MPa;样品的物相由碳化硅和二氧化硅以及少量的焦磷酸硅组成,二氧化硅的存在及磷酸盐的形成促进了碳化硅的烧结;所有样品耐酸性能较高,质量损失率为0.545 2%~1.777 2%,耐碱性能较弱,质量损失率约为100%,晶间二氧化硅和焦磷酸硅的存在及存在量是其主因.     

用于中温除尘的废瓷基多孔陶瓷的研究

以卫生洁具废瓷为骨料,对骨料进行颗粒级配,添加山西高岭土、鄂尔多斯滑石、工业氧化铝、江西红都堇青石熟料等添加剂,以木炭、石墨和煤粉为造孔剂,制备了用于中温除尘的废瓷基多孔陶瓷。探讨了影响样品气孔率、吸水率、体积密度和抗折强度的因素,并通过XRD、SEM等测试技术研究了样品的相组成、显微结构和气孔孔径分布。结果表明:1 040℃下烧成的D3样品的综合性能最佳,气孔率为43.69%,抗折强度为24.98 MPa,体积密度为1.46g/cm3。经SEM、XRD分析表明,样品的气孔孔径分布为4~30μm,且气孔分布比较均匀,样品的相组成为堇青石、莫来石、α-石英。     

用于液体吸附的多孔陶瓷的研究

以新疆库尔勒红柱石为主要原料,添加桂广滑石、星子高岭土等添加剂,并以煤粉为造孔剂,采用造孔剂法制备了用于液体吸附的红柱石基多孔陶瓷。测试了样品的气孔率、吸水率、体积密度及抗折强度,并使用XRD、SEM等测试技术研究了样品的物相组成、显微结构以及孔径分布。探讨了不同烧成温度以及不同造孔剂添加量对样品气孔率、孔径分布和吸附效率的影响。结果表明,1 280℃下烧成的B3样品的综合性能最佳,气孔率为54.28%,抗折强度达到24.47 MPa,体积密度为1.30g/cm3。SEM和XRD分析表明,样品气孔孔径为13.92μm,样品晶相组成为莫来石、堇青石、红柱石,其气孔分布较为均匀。另外,液体粘度越低,多孔陶瓷的吸附速率越快,且吸附量越大。     

用于高温烟尘过滤的红柱石基多孔陶瓷的研究

以新疆库尔勒红柱石为主要原料,添加桂广滑石、星子高岭土等添加剂,以石墨、700目SiC为造孔剂,采用颗粒堆积法制备了高温烟尘过滤用红柱石基多孔陶瓷。测试了样品的吸水率、气孔率、体积密度及抗折强度,采用XRD、SEM等现代测试技术研究了样品的物相组成及微观结构。探讨了不同红柱石颗粒级配对样品气孔率、抗折强度及微观结构的影响。结果表明:X3样品(当红柱石颗粒级配比为48目∶120目=42∶28)的综合性能最佳,经1 280℃烧成的样品的气孔率达到最大值40.28%,抗折强度达到39.34 MPa;SEM和XRD分析表明,样品气孔孔径7.5~27.5μm,样品晶相组成为堇青石、莫来石、红柱石。     

混合碳酸稀土对泡沫陶瓷过滤器性能的影响

以碳化硅、高岭土、氧化铝粉为原料,以质量分数为3%的混合碳酸稀土为助熔剂,烧制具有气孔率高、容重小、强度高、抗热震性高的莫来石-碳化硅质泡沫陶瓷过滤器.实验发现:未添加碳酸稀土的陶瓷过滤器,其主晶相为莫来石、碳硅石和方石英相,添加碳酸稀土的陶瓷过滤器,其主晶相为莫来石、碳化硅和方石英相,且方石英相的衍射峰较未添加碳酸稀土陶瓷的弱;加入碳酸稀土,过滤器的烧结温度由1450℃降到1400℃,烧结时间由2h缩短为0.5h,体积密度由0.59g/cm3增加到0.65g/cm3,抗热震性由5次提高到7次,抗折强度由1.11MPa增加到1.89MPa.     

高温熔体快速测温传感器的陶瓷材料

为解决高温熔体快速测温问题,采用对比实验法,对钛酸铝-莫来石复相材料进行了研究.研究结果表明,随着莫来石含量的增加,钛酸铝-莫来石复相材料的室温抗折强度、抗分解能力和电阻率均增加;随着钛酸铝含量的增加,钛酸铝-莫来石复相材料的抗热震性增加;含有20%莫来石的钛酸铝-莫来石复相材料,抗折强度达22MPa,1100℃保温5h不分解,1 000℃时的电阻率为4.9×10~4Ω·m,6s内自室温至1650℃的测温过程,材料不熔融、不炸裂.用此材料制成的陶瓷管的孔间开路电阻值为2.3 MΩ,所测温度信号稳定,能够用于高温熔体快速测温传感器.     

添加固体废弃物的硅藻土基多孔材料的制备

硅藻土作为主要基料,白云石为添加剂,加入其他固废物,制备了一种新型多孔材料。通过X射线衍射、扫描电镜及强度、吸水率等测试手段对制品进行了分析,探讨了硅藻土、白云石不同固体废弃物对多孔材料形成和性能的影响。研究表明,在硅藻土、白云石、粉煤灰、熟污泥的质量分数分别为45%、35%、10%、10%时,经1 020℃烧成并保温30min形成的多孔材料的密度为1.36g/cm3,孔隙率45%,吸水率为25%,抗折强度达12.43MPa,通过物相分析其多孔材料的成分主要晶相为莫来石与钙长石及透辉石。     

聚合物对发泡水泥制品孔结构和性能影响

以快硬硫铝酸盐水泥作为胶凝材料,干密度为200 kg/m3的发泡水泥为对象,研究乳液和胶粉对发泡水泥孔隙率、孔径分布、孔径大小和强度的影响.结果显示:随着聚合物掺量的增加,发泡水泥制品的孔隙率不随聚合物掺量的增加而发生变化,气孔的孔径逐渐变小,强度不断增大.当乳液和胶粉外掺量分别为2.5%时,发泡水泥28d的抗压强度、抗折强度和垂直表面拉伸强度分别增加8%、13%、28%和5%、10%、25%.     

原位合成堇青石结合刚玉-莫来石高温除尘多孔陶瓷的研究

以煅烧铝矾土为骨料,以星子高岭土、桂广滑石、工业氧化铝原位合成堇青石为结合剂,采用颗粒堆积成孔法制备了堇青石-刚玉-莫来石多孔陶瓷支撑体,采用阿基米德原理静力称重法、XRD、SEM等现代测试技术测试了样品的性能,研究了样品的物相组成及显微结构。探讨了煅烧铝矾土颗粒级配、烧成温度和陶瓷结合剂含量对样品的气孔率、抗折强度及显微结构的影响。结果表明:D1(结合剂质量含量50%,粗骨料质量含量30%)样品的综合性能较佳,经1 300℃烧成的样品的气孔率为25.99%,抗折强度达27.58 MPa,样品相组成为堇青石、莫来石和刚玉,显微结构呈多孔状,气孔分布均匀,气孔连通。多孔陶瓷支撑体的颗粒级配应选为w(粗颗粒)∶w(中颗粒)∶w(细颗粒)=30∶50∶20左右,粗颗粒含量不宜过高。     

不同固体废弃物对保温材料形成和性能的影响

通过XRD、SEM和强度测试技术等分析手段探讨了炉渣、废玻璃、糖滤泥不同固体废弃物对保温材料形成和性能的影响。结果表明,以炉渣质量分数25%、糖滤泥质量分数28%、废玻璃质量分数14%、水曲柳质量分数33%,在成型压力为20MPa、烧成温度1 060℃、保温时间0.5h下,可制备出抗折强度大于14MPa、密度为1.204g/cm3、孔隙率达到35%、导热系数小于0.40 W/(m.K)的陶瓷保温材料。物相组成分析其制品成分主要晶相为莫来石、方石英,同时存在玻璃相、气相以及少量钙长石相。SEM观察其微观结构制品中有大量气孔存在,气孔所占体积比可达35%,气孔呈封闭状态。     

复合磷酸盐多孔生物陶瓷的制备及性能

以Al2O3-MgO-P2O5磷酸盐为粘结剂,采用有机泡沫浸渍工艺制备了多孔陶瓷,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、排水法和压缩实验等表征了多孔陶瓷的孔隙特征、物相组成和力学性能。结果表明,Al2O3-MgO-P2O5磷酸盐的加入不仅保证了浆料在泡沫体上的均匀涂覆,而且促进了陶瓷的烧结。得到的多孔陶瓷具有相互连通、分布均匀的孔隙结构(大孔孔径在200～500μm,还有约为3μm微孔),平均孔隙率为85.9%±1.6%。这种由HA、β-Ca2P2O7和少量的Mg3(PO4)2与Al(PO3)3组成的复合磷酸盐陶瓷具有良好的力学性能,其平均压缩强度为(1.04±0.15)MPa。     

纤维增韧碱矿渣混凝土力学性能及微孔结构

研究了聚丙烯纤维对碱矿渣混凝土力学性能的影响规律及其对碱矿渣水泥石微观孔结构优化作用。结果表明:聚丙烯纤维能显著改善碱矿渣混凝土的微孔结构,降低混凝土孔隙率和孔隙的中值孔径,从而提高碱矿渣混凝土的抗压强度与抗折强度,且随纤维掺率的提高,其抗压强度与抗折强度也不断增加。在聚丙烯纤维掺率为1.8kg/m3时,碱矿渣混凝土28d龄期的孔隙率降低,中值孔径降低20%,抗压强度增加8.5%,7d龄期的抗折强度增加4.4%。     

低浓度碳化硅浆料的分散稳定性及其膜性能研究

将碳化硅(SiC)粉体与一定量的聚乙二醇(PEG)、四甲基氢氧化铵(TMAH)、羧甲基纤维素钠(CMC-Na)及去离子水和乙醇混合并球磨3 h制备出低浓度SiC浆料,研究了SiC浆料p H值与其Zeta电位对应关系和添加组分变化对浆料分散稳定性的影响。结果表明,当p H=8.5时,浆料有最大动电位-37.76 m V,当m(TMAH)∶m(SiC)=1.5%、m(CMC-Na)∶m(SiC)=0.4%时,浆料的表观黏度最小为4.31 m Pa·s,浆料的相对沉降高度最小,浆料的分散稳定性能较佳。利用该浆料在多孔碳化硅陶瓷表面进行涂膜并高温烧成后制备了碳化硅膜并对碳化硅膜的显微结构与其孔径进行了分析表征,结果表明该浆料成膜性能良好,SiC膜晶粒周边圆润、堆积均匀,物相单一,膜孔径分布较窄,平均孔径约为1μm。     

终烧温度对陶瓷型芯性能的作用

为了阐明终烧温度与陶瓷型芯性能的关系,利用高温抗折试验机和原位观测手段,研究了不同终烧温度下陶瓷型芯性能的变化.结果表明,对于非定向陶瓷型芯而言,随着终烧温度的提高,室温抗折强度保持稳定,在1 150℃条件下陶瓷型芯的高温抗折强度最高,且其变形抗力逐渐提高;而对于定向陶瓷型芯而言,随着终烧温度的提高,室温抗折强度和高温抗折强度均逐渐降低,且其变形抗力变化不大.根据上述实验结果,非定向陶瓷型芯的终烧温度确定为1 150℃,而定向陶瓷型芯的终烧温度确定为1 120℃.     

太阳能热发电用堇青石-莫来石复相陶瓷的制备及抗热震性

以合成莫来石和合成堇青石为原料,采用常压烧结制备了太阳能热发电用堇青石-莫来石复相陶瓷。研究了质量比、烧结温度等对样品的吸水率、气孔率、体积密度、抗折强度及抗热震性等的影响。结果发现,最优配方是1 440℃烧结的A3样品,堇青石和莫来石质量比为7∶3,气孔率为0.30%,吸水率为0.12%,体积密度为2.487g/cm3,抗折强度达68.49MPa,抗热震循环(室温～1 100℃)30次无裂纹。通过XRD和SEM分析发现样品由低温堇青石、高温堇青石和莫来石组成。该复相陶瓷可作为潜在的太阳能输热管道材料。     

太阳能热发电Al2O3-ZrO2复相储热陶瓷的制备及其抗热震性

以α-Al2O3、部分稳定氧化锆(PSZ)(Y2O35.2%)、红柱石、堇青石、滑石为原料,制备了太阳能储热用Al2O3-ZrO2复相储热陶瓷,采用XRD、SEM等测试技术对样品的性能及结构进行了研究,探讨了PSZ、堇青石和红柱石对储热陶瓷样品抗热震性能的影响。结果表明,添加堇青石、PSZ和红柱石均可提高样品的抗热震性能,且三者共掺时的抗热震性能最优。经1 340℃烧成的复相储热陶瓷样品(样品B4)抗折强度达60.83MPa、热震(室温～800℃,气冷)30次不开裂,且热震后抗折强度增长了13.15%。相组成分析表明,B4样品热震前后晶相组成均为刚玉、四方氧化锆、红柱石、莫来石、堇青石。SEM研究结果表明,样品热震前后均较致密,少量连通气孔,气孔尺寸为1～80μm,晶粒尺寸为1～5μm,晶粒生长发育良好,被少量玻璃相包裹,晶粒间呈晶间型紧密连接,赋予了样品较高的强度和抗热震性。     

造孔剂对多孔Al2O3陶瓷性能的影响

采用干压成型法制备了多孔Al2O3陶瓷,对造孔剂种类、用量以及添加剂对多孔陶瓷性能的影响进行了研究.实验结果表明不同造孔剂对气孔率的影响不同,随着造孔剂加入量的增加,气孔率增大,但试样抗折强度呈下降趋势.在Al2O3基体中加入质量分数为5%～15%的ZrO2时,基体的抗折强度增强,并可以保持30%以上的气孔率.     

硫酸铜参比电极用多孔陶瓷头的制备与性能

以滑石粉为主要原料,通过调节原料粒径、烧成温度、黏合剂用量、成型压力和烧成方式等参数,制备了多种硫酸铜参比电极(CSE)用多孔陶瓷头.测试分析了多孔陶瓷头的孔隙率、孔径及形貌结构、收缩率等性能参数,选取3种多孔陶瓷头制作了便携式硫酸铜参比电极并测试了其电极电位长期稳定性及寿命.结果表明,原料粒径、烧成温度、成型压力对多孔陶瓷头的孔径和孔隙率影响较大,随着原料粒径的减小、烧成温度的增加、成型压力增大,孔径和孔隙率随之减小;采用孔径约为522 nm、孔隙率为17.4％ 的多孔陶瓷头制作的便携式参比电极的电极电位长期稳定性较好,通过计算估算寿命可达4.2a.     

包覆法制备Gp/SiC复合材料的显微结构和性能

以不同粒径的石墨颗粒和SiC粉体为原料,采用SiC粉体包覆石墨颗粒的方法,于2000℃热压制备了石墨/碳化硅（Gp/SiC）复合材料.利用扫描电子显微镜（SEM,EDS）分析了材料的金相和断口显微结构.研究表明,石墨粒径较小且质量分数较少的复合材料比石墨粒径较大且质量分数较多的复合材料在热压工艺中更致密.石墨颗粒呈岛状紧密地镶嵌在SiC基体中,石墨与SiC界面处C和Si的扩散不明显.复合材料的相对密度、抗折强度,断裂韧性和硬度随石墨粒径和质量分数的减少而增加.断口形貌表明SiC陶瓷基体为脆性,石墨为韧性断裂.当石墨粒径为125μm、SiC与石墨的质量比为3.5时,复合材料的综合性能最佳,开口气孔率为0.3%,相对密度为97.9%,抗折强度为75±15 MPa,断裂韧性为5.4±0.5 MPa.m1/2,硬度为26.8±3GPa.