石棉尾渣和粉煤灰制备堇青石多孔陶瓷及其理化性能

低成本制备堇青石多孔陶瓷一直是专家学者们研究的热点,本文以石棉尾渣、粉煤灰、高岭土为原料,在不添加发泡剂的情况下,采用直接烧结法成功制备了堇青石多孔陶瓷,系统研究了堇青石多孔陶瓷的物相演化、显微结构及理化性能。结果表明:烧结温度的升高和配方中高岭土含量的增加有助于样品中堇青石的合成,高岭土的添加可以有效降低样品发泡的温度和提高样品的孔隙率;当烧结温度为1 240 ℃,焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶3时,制备的堇青石多孔陶瓷的体积密度仅为0.6 g/cm³,孔隙率高达76.94%;当烧结温度为1 220 ℃,焙烧后的石棉尾渣、焙烧后的粉煤灰和高岭土质量比为5∶5∶5时,制备的堇青石多孔陶瓷吸水率达到最大值34.57%;此外,制备的堇青石多孔陶瓷还表现出良好的耐碱性能。     

煤矸石在堇青石蜂窝陶瓷催化剂载体中的应用与研究

董青石蜂窝陶瓷具有极低的热膨胀系数、较好的抗热震性、较高的化学稳定性,是优良的汽车净化器催化剂载体材料。煤矸石主要成分为SiO₂和Al₂O₃,在陶瓷行业的利用一直是本领域研究的热点。以山西煤矸石为主要研究对象,通过对采用不同化学组成、粒度分布和微观形貌的煤矸石制备的堇青石蜂窝陶瓷载体样品热膨胀系数进行测定,考察了煤矸石对堇青石蜂窝陶瓷性能的影响。结果表明：不同化学组成的煤矸石制得的蜂窝陶瓷越接近堇青石的理论组成51.4wt.%SiO₂、34.9wt.%Al₂O₃、13.7wt.%MgO,热膨胀系数就越低。随着煤矸石颗粒越细,堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数越低,选用250目煤矸石原料粉末时,热膨胀系数为1.662×10^-6℃^-1。采用微观形貌为片状的煤矸石粉末比用球形的煤矸石粉末制得的堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数更低。     

烧成制度对MAS系堇青石微晶釉结构与性能的影响

采用天然矿物为原料制备Mg O-Al₂O₃-Si O₂ (MAS)系统堇青石微晶釉,通过XRD、DTA-TG和FE-SEM等测试手段研究了烧成制度对堇青石微晶釉结构与性能的影响,同时分析了该系统中α-堇青石的形成过程。结果表明：烧成温度从1200℃升高到1350℃,釉中α-堇青石的含量由4.7%增加至23.1%,热膨胀系数从5.18×10^-6/℃减小至3.64×10^-6/℃(600℃),釉面硬度从3.5 GPa增大至7.2 GPa。釉料在升温过程经历了原料熔融分解到生成镁铝尖晶石,而后其溶解与釉中石英反应生成α-堇青石的演变过程。当烧成温度为1300℃,保温时间为30 min时制备的样品性能最佳,热膨胀系数为3.79×10^-6/℃(600℃),釉面硬度为7.1 GPa。     

低膨胀耐热紫砂的研制

采用紫砂土、滑石、紫木节等为主要原料，利用单因素实验法探讨了配方组成对低膨胀紫砂的抗折强度、热膨胀系数和吸水率的影响，获得了热膨胀系数低、吸水率较低、抗折强度高的低膨胀紫砂。研究结果表明：当紫砂土44%，锂辉石38%，滑石10%，紫木节8%时，所制备紫砂的热膨胀系数为2.538×10^-6℃^-1，吸水率为0.44%，抗折强度为69.3 MPa。通过XRD和SEM分析，胎体中生成了低膨胀物相堇青石和β-锂辉石固熔体，其中晶体形貌为棒状，呈现交叉网络结构赋予了其优良的低膨胀性和力学强度。     

低热膨胀系数复合水泥的研究

水泥基材料的高脆性及高热膨胀系数导致水泥基制品在受热时易产生膨胀开裂。本文研究不同混合材对复合水泥热膨胀系数及强度的影响,探究低热膨胀系数复合水泥的制备方法。结果表明,采用矿粉和堇青石作为混合材可以显著降低复合水泥的热膨胀系数,当矿粉与堇青石的相对含量为1:1时,复合水泥具有较高的抗折和抗压强度。在保证复合水泥强度的前提下,复合水泥的热膨胀系数可以降低至5.2×10^-6/℃,较P·Ⅱ52.5水泥降低50%以上。     

酸处理对堇青石质蜂窝陶瓷性能的影响

用硝酸溶液对堇青石质蜂窝陶瓷样品进行处理。测定了酸处理时间不同的样品的热膨胀系数、气孔率和吸水率及抗压强度，研究了酸处理对堇青石质蜂窝陶瓷性能的影响规律，通过SEM分析了酸处理前后样品的断面形貌．并用ICP测定了酸处理液中的各种离子浓度，探讨了酸处理影响性能的机理。试验结果表明：酸处理能显著降低堇青石质蜂窝陶瓷的热膨胀系数，增加显气孔率和吸水率，但削弱了材料的机械强度。     

粉煤灰堇青石玻璃陶瓷的抗热震性能

粉煤灰堇青石玻璃陶瓷采用处理后的武汉阳逻电厂粉煤灰为主要原料合成.X射线粉晶衍射(XRD)分析样品的主晶相为堇青石,次晶相为尖晶石.图像分析显示堇青石含量达到84.12％.电子背散射图像显示尖晶石和玻璃相均匀弥散分布在堇青石基体中,气孔分布较均匀.粉煤灰堇青石玻璃陶瓷的热膨胀系数α1为2.80×10-6B/℃(1000℃).样品经过在1200℃到室温(空气)的范围分段淬火(温度间隔为200℃)后,材料的弹性模量不但没有下降,反而略有上升,表明材料抗热震能力△T≈1 200℃.     

铝钒土含量对低膨胀高远红外瓷质卫生陶瓷性能的影响

采用煤矸石废料、劣质原料黑滑石和铝钒土为主要原料,通过原位生长法制备了堇青石质低膨胀高远红外瓷质卫生陶瓷。利用XRD、SEM和性能测试研究铝钒土含量对堇青石卫生陶瓷性能的影响。实验结果表明:铝钒土含量对吸水率、抗折强度和膨胀系数具有较明显的影响,而对远红外辐射率并未带来不利的影响,所有样品的远红外率均保持在0.93以上。当铝钒土含量为27%,煤矸石33wt.%,黑滑石37%时,陶瓷性能达到最优:吸水率为0.04%,热膨胀系数为2.74×10-6/℃,抗折强度为87.4 MPa。这主要是由于样品的主晶相堇青石含量最高,并且烧结致密化程度高,其中气孔分布更加均匀所致。相关研究结果对环境保护和工业废物的资源化利用有着积极意义。     

锂辉石对堇青石多孔陶瓷性能的影响

通过堇青石颗粒料制得的堇青石多孔陶瓷,与加入一定比例锂辉石制得的堇青石多孔陶瓷,在不同的温度下烧成,对气孔率、抗折强度、热膨胀系数等性能进行测试对比研究,对比实验数据表明加入锂辉石对堇青石多孔陶瓷的性能起到了优化作用。结果表明加入5%锂辉石烧成温度1280℃制得堇青石多孔陶瓷气孔率45.83%、抗折强度22.64MPa、热膨胀系数1.73×10-6/℃。     

锂辉石对堇青石多孔陶瓷性能的影响

通过堇青石颗粒料制得的堇青石多孔陶瓷,与加入一定比例锂辉石制得的堇青石多孔陶瓷,在不同的温度下烧成,对气孔率、抗折强度、热膨胀系数等性能进行测试对比研究,对比实验数据表明加入锂辉石对堇青石多孔陶瓷的性能起到了优化作用。结果表明加入5%锂辉石烧成温度1280℃制得堇青石多孔陶瓷气孔率45.83%、抗折强度22.64MPa、热膨胀系数1.73×10-6/℃。     

堇青石多孔陶瓷的制备与性能表征

以粉煤灰和碱式碳酸镁为主要原料制得了堇青石多孔陶瓷材料.烧结温度在1 100～1 350℃时,样品的弯曲强度由50 MPa增加至65 MPa,热膨胀系数由8.07×10-6℃-1下降至4.21×10-6℃-1.优化的烧结工艺为1 300℃保温4 h.样品的孔隙率和孔径随原料中淀粉含量的增加而增加.在原料中添加40%(质量分数)的造孔剂(淀粉)可使样品的孔隙率、平均孔径为和氮气通量分别达到41.7%,2.35μm和0.225 m·h-1Pa-1.     

粉煤灰-锂渣基发泡陶瓷的制备及性能研究

为制备低成本兼具高孔隙率与高压缩强度的发泡陶瓷,以粉煤灰、锂渣、长石、滑石和碳化硅为原料,经1 180、1 200、1 220、1 240℃分别保温10、20、40、60 min烧结制备发泡陶瓷试样。主要研究了锂渣的掺量(质量分数分别为0、10%、20%、30%)对试样物相组成、显微结构、孔隙率及压缩强度的影响。结果表明：1)随锂渣掺量的增加,发泡陶瓷的孔隙率增加,体积密度降低,压缩强度波动;2)锂渣中丰富的钙、硫成分,可发挥助熔剂和发泡剂作用,降低烧结温度,提高发泡陶瓷的孔隙率,改善气孔圆整度,提高压缩强度;3)当锂渣掺量为20%(w)时,经1 220℃保温20～40 min烧结所得发泡陶瓷的体积密度为0.32～0.40 g·cm^-3,孔隙率为84.4%～87.6%,压缩强度为1.51～2.35 MPa。     

碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷的制备及性能研究

采用碳化硅、烧高岭土、氢氧化铝、滑石为主要原料,石墨为造孔剂制备了碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷.研究了烧结温度和烧结助剂二氧化铈对碳化硅/堇青石复相多孔陶瓷气孔率和强度的影响,并分别用XRD和SEM分析晶相组成和断面显微结构表明:制备出的SiC多孔陶瓷的主相是SiC,结合相是堇青石与方石英,多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构;在1350℃烧结,并保温3h,当造孔剂含量为15％时,碳化硅/堇青石复合多孔陶瓷性能最佳,其气孔率31.80％,相应的弯曲强度为63.74 MPa.在1200℃下,添加不同含量的CeO2,对烧结样品的相组成有影响,能够降低生成堇青石的温度,在CeO2含量为3％的样品中,堇青石的峰最明显,但是过量的氧化铈会抑制了堇青石的生成;随着CeO2加入量的增加,其气孔率和弯曲强度也会随之变化,1200℃下,在CeO2加入量为4％时其弯曲强度最优.但随着CeO2的含量的增加,其气孔率逐渐下降.     

以稻壳为硅源和成孔剂合成多孔堇青石陶瓷的研究

以稻壳中的硅质组分和碳质组分分别作为多孔菫青石合成所需的硅源和成孔剂,并以La<,2>O<,3>为外加剂,烧结制备了多孔菫青石陶瓷,研究了试样的物相组成随烧结温度的变化,观察与分析了烧结试样的显微形貌,并测定了烧结试样的主要物理性能.结果显示:在1350℃、保温5 h条件下,所得多孔菫青石陶瓷的抗弯强度为11.38 MPa,气孔率45.02%,热膨胀系数3.03×10<,-6℃-1>.分析显示La<,2>O<,3>能够促进酶青石的形成,使堇青石的开始形成温度降低至1100℃,并能在不降低菫青石孔隙率的情况下,大幅度提高其抗弯强度,它在烧结过程中产生的液相起"点焊"的作用.     

黄沙制备堇青石质低膨胀陶瓷材料中铝矾土量的影响

本课题创新地以库不齐沙漠黄沙、菱镁矿和铝矾土为主要原料原位合成堇青石质低膨胀陶瓷材料。通过测试样品的热膨胀系数,吸水率和抗折强度,结合XRD衍射分析和SEM电镜扫描的方法,探讨不同铝矾土加入量对样品的影响。实验结果表明:过多的加入铝矾土对降低样品的热膨胀系数不利,当铝矾土加入量为30%时,热膨胀性能最好,其热膨胀系数为3.61×10-6/℃。通过XRD和SEM分析结果可知,这主要是由于该样品主晶相为堇青石,还有少量的镁铝尖晶石,同时样品内部含有少量气孔和玻璃相所致。     

透锂长石-堇青石复相低膨胀陶瓷材料的研究

以天然矿物透锂长石,华林高岭,山西紫木节,萍乡石英和广西滑石等为主要原料,采用普通陶瓷工艺,制备了透锂长石/堇青石质复相低膨胀陶瓷材料.测试了材料的热膨胀系数和XRD,结果表明,MgO的加入有助于低膨胀晶体堇青石的生成,所形成的透锂长石/堇青石复相陶瓷具有比纯透锂长石质陶瓷更低的热膨胀系数.当Li2O/MgO比值为0.427时,材料的热膨胀系数为1.751×10-6/℃.材料的抗折强度及显微结构测试结果表明,该复相陶瓷材料具有较窄的烧结温度范围.     

粉煤灰为原料的堇青石多孔陶瓷的烧结过程研究

以粉煤灰和碱式碳酸镁为主要原料,在高于1150℃温度下合成α-堇青石。优化的条件下,材料的弯曲强度高达65 MPa,虽然本身是多孔材料,但是其强度仅略低于工程陶瓷的致密化堇青石的强度标准(70 MPa),远远高于作为低密度堇青石的强度(13 MPa),热膨胀系数仅为4.21×10-6℃,可以满足苛刻的高温环境下的高强度应用。     

超低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷材料的制备

利用XRD、SEM等测试技术对NGK和宜兴某厂的堇青石蜂窝陶瓷样品进行对比分析和研究,结果得出:由于NGK堇青石陶瓷在微观结构方面产生微裂纹导致NGK(0.2×10-6/℃)生产的堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数(1.2×10-6/℃)比宜兴产的小。由此提出了超低膨胀系数堇青石陶瓷的制备方案,即从浆料分散及烧成制度两个方面对宜兴蜂窝陶瓷微观结构进行优化从而有效降低其膨胀系数。     

氧化铈的引入量对堇青石多孔陶瓷的性能影响

实验以煤矸石、滑石和氧化铝为主要原料，以稀土金属氧化物氧化铈(CeO₂)为烧结助剂，将试样分别在1 225、1 250、1 275、1 300℃的温度下保温3 h，主要研究CeO₂的引入量(质量分数)分别为0、1%、2%、3%、4%时，试样基本物理性能和物相组成的变化规律。结果表明：当试样在1 300℃的烧成温度下保温3 h,CeO₂的引入量为2%(质量分数)时，试样的体积密度为0.87 g·cm^-3，显气孔率为68.58%，吸水率为78.68%，且通过XRD表征试样中堇青石相的纯度较高，说明以煤矸石为主要原料、CeO₂为烧结助剂可在较低温度下合成具有一定基础性能的堇青石多孔陶瓷，为堇青石的低温合成技术和煤矸石的综合利用奠定一定的理论基础。     

镍渣制备多孔堇青石陶瓷的研究

以镍渣、Al_2O_3和SiO_2为原料,按偏镁铝方案确定堇青石的组成,无需添加额外的烧结助剂和造孔剂,成功制备出多孔堇青石陶瓷。测定了试样的显气孔率、抗弯强度和热膨胀系数,用XRD分析了试样在烧结过程中的物相变化,并用SEM观察其断面的显微结构。结果表明:在1200~1380℃保温4 h,制备的多孔陶瓷的显气孔率为38.13~31.39%,抗弯强度为25.53~32.54 MPa,热膨胀系数为3.17×10~(-6)~1.43×10~(-6)/℃,且其主晶相为堇青石。SEM图谱显示多孔堇青石陶瓷中堇青石晶体呈六方棱柱状,还存在大量孔洞。