溶胶-凝胶法合成堇青石材料性能的研究

以正硅酸乙酯,六水硝酸镁,九水硝酸铝为原料,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备均质堇青石粉体,将粉体压制后在1250℃保温2h烧成后得到堇青石陶瓷烧结体,通过DSC-TGA、 XRD和SEM对试样进行表征.结果表明:前驱体经不同温度煅烧后得到堇青石粉体的晶相经历了从无定形态向α-堇青石转变的过程,μ-堇青石在950℃时结晶形成,1200℃时,μ-堇青石转化为α-堇青石,同时有镁铝尖晶石相出现,1250℃时,α-堇青石相增多,μ-堇青石相和镁铝尖晶石相消失,堇青石的结晶程度较好,其烧结体的致密度达到最高,为2.456 g/cm3,晶粒细小,微观结构比较均匀致密.     

矿化剂对非水解溶胶-凝胶法合成堇青石粉体的影响

在采用非水解溶胶-凝胶法合成堇青石粉体的基础上,研究矿化剂对非水解溶胶-凝胶法合成堇青石粉体的影响。利用DTA-TG、XRD和FT-IR等测试手段研究了矿化剂种类对非水解溶胶-凝胶法合成堇青石粉体的影响,添加矿化剂条件下非水解溶胶-凝胶法合成堇青石粉体的相转变过程,并对矿化剂的作用机制进行了初步探讨。结果表明:添加矿化剂条件下,非水解溶胶-凝胶法制备的堇青石前驱体凝胶热处理中的相转变过程为:无定型堇青石于900℃开始直接转变为α-堇青石相。硼酸由于能增强了凝胶中的Mg-O-Al、Mg-O-Si和Al-O-Si键合,同时硼离子高温下进入α-堇青石的晶格形成有限固溶体及促进体系形成液相,因而能降低α-堇青石相合成温度。     

高能球磨作用对合成堇青石基陶瓷的相组成和相变机理的影响

采用XRD分析研究了由分析纯的氧化物粉末制备堇青石基陶瓷时,高能球磨作用及热处理温度对堇青石陶瓷相组成和相变过程的影响,并分析了高能球磨在堇青石陶瓷烧成过程中的作用.结果表明经高能球磨处理的试样在低温烧成(900℃)时,首先出现中间相镁铝尖晶石(MgAl2O4),但1100℃时中间相又消失;与未球磨的试样比较,高能球磨不仅能够降低堇青石的相变温度,而且可大大加快中间相和原料相向α-堇青石转变的速度;同时发现提高烧成温度有利于中间相向堇青石的转变.此外,还研究了粉末的状态(即是否经成型处理)对堇青石陶瓷相组成的影响.结果表明,加压成型使Si4+、Mg2+和Al3+易于扩散,能促进早期的固相烧结和后期的液相烧结,有利于主晶相α-堇青石的合成,但对相组成没有太大影响.     

溶胶-凝胶法制备CuO掺杂堇青石粉体材料

采用溶胶-凝胶法制备了CuO掺杂堇青石粉体,通过X射线衍射、粒度和扫描电镜研究了烧成温度、保温时间、CuO的掺杂量对其组织及性能的影响。结果表明,采用溶胶-凝胶法在1200℃保温2h制得堇青石粉体材料。堇青石的形成过程为非晶态→μ-堇青石→β-堇青石。在CuO的掺杂量小于15%时,随着CuO掺杂量的增大,堇青石粉体的平均粒度逐渐降低,获得的堇青石粉体为单相固溶体。但是当CuO掺杂量继续增大后,粉体的平均粒度反而增大,同时形成了第二相—石榴石晶体。     

烧成温度和成型压力对堇青石多孔陶瓷的性能影响研究

以高岭土、硅微粉和烧结镁砂为主要原料，采用模压成型法将理论配比的堇青石陶瓷粉体分别以50、60、80 MPa的压力成型为直径为30 mm的试样，将充分干燥后的试样分别在1 200、1 250、1 300、1 350℃的温度下保温2 h后，检测其常温物理性能，并进行矿物组成的表征分析。结果表明：在1 350℃的烧成温度下，当成型压力为60 MPa时，试样的成型效果和综合性能较优，即试样的耐压强度为29.54 MPa，体积密度为1.71 g·cm^-3，显气孔率为36.15%，表明烧成温度和成型压力的适当增加可促进试样的烧成和堇青石相的合成过程，为堇青石相的人工合成奠定一定的理论基础。     

溶胶-凝胶法制备堇青石纳米晶粉体的研究

以正硅酸乙酯(TEOS)、硝酸镁(Mg(NO3)2*6H2O)、硝酸铝(Al(NO3)3*9H2O)为原料,采用溶胶-凝胶法制备了堇青石纳米晶粉体.利用DTA,XRD,SEM等测试手段对堇青石晶粉体进行了表征,并分析讨论了不同的热处理温度对堇青石烧结性能的影响.     

凝胶注模成型法制备堇青石多孔陶瓷的性能研究

实验按照堇青石的理论化学配比,以煤矸石、滑石和氧化铝为主要原料,采用凝胶注模成型法,将试样成型为Φ30 mm×30 mm的试样,在不同温度下烧成,测定试样的基本物理性能,采用XRD表征分析不同温度下试样的物相组成.结果表明:当凝胶注模浆料的固相质量分数为40％时,浆料的黏度为880 mPa·s,固化时间为550 s,干燥收缩率为10.12％,可保证注模过程的顺利进行,并能保证干燥后生坯的质量;在1350℃下烧制2 h,试样的烧成收缩率为25.79％,体积密度为0.6125 g·cm-3,气孔率为83.76％,且试样的主要物相组成为堇青石,表明以煤矸石为主要原料,采用凝胶注模成型法可制得一定气孔率的堇青石多孔陶瓷,对提高煤矸石的资源化综合利用率具有重要意义.     

Bi_2O_3对堇青石陶瓷的烧结行为、相变和热膨胀性能的影响

采用X射线衍射仪、差热分析仪和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末 (MgO、Al2 O3 和SiO2 )制备堇青石陶瓷时 ,添加Bi2 O3 对堇青石陶瓷相变和性能的影响 ,分析了Bi2 O3 在烧结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明 ,Bi2 O3 能明显降低烧结温度 ,在 12 5 0℃烧成 3h后的陶瓷是由α堇青石和少量的 μ堇青石组成。随着Bi2 O3 含量增加 ,陶瓷的致密度和热膨胀系数逐渐升高。Bi2 O3 的添加量 (质量分数 )为 0 .0 4 ,原料相石英消失。Bi-O膨胀系数较Si-O的大和Bi3 + 离子进入堇青石晶格中是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。     

添加Li2CO3和BaCO3对合成堇青石性能的影响

采用煤系高岭土、滑石和镁砂为主要原料,在化学组成(w)为MgO13.23%,Al2O333.78%,SiO251.16%的研究配方(试样A)的基础上,分别添加1.0%、1.5%、2.0%的Li2CO3(对应试样编号为L1、L2、L3)或1.0%、2.0%、3.0%的BaCO3(对应试样编号为B1、B2、B3),以100MPa压制成36mm×50mm的圆柱状试样,在110℃干燥4h后,以3~5℃·min-1的升温速度升至1340℃保温3h烧成,然后检测试样的烧后体积收缩率及体积密度、显气孔率和热膨胀系数,并采用XRD分析矿物成分,K值法测量烧后试样的堇青石相含量,以探讨添加Li2CO3和BaCO3对合成堇青石性能的影响。结果表明:随着Li2CO3添加量的增加,烧后试样的体积收缩率和体积密度逐渐增大,显气孔率逐渐减小,而添加BaCO3对堇青石合成过程中的烧结性影响不大;烧后试样A和B2中除分别含有为90%和95%的堇青石外未检测到其他晶相,但L1中还存在一定量的LiAlSi2O6相;添加剂Li2CO3或BaCO3均能降低合成堇青石的热膨胀系数。     

低热膨胀系数堇青石材料的合成研究

以高岭土、烧滑石和氧化镁为原料合成堇青石,研究了烧成温度、镁铝硅含量及高岭土种类对合成堇青石热膨胀系数的影响。实验结果表明:合成堇青石的最佳配方1#高岭土82.4 wt%、滑石9.3 wt%、氧化镁8.4 wt%,试样热膨胀系数为1.24×10-6℃-1。适当的提高烧成温度可得到热膨胀系数低的堇青石材料,但合成温度过高则会因为形成过多的玻璃相而使其热膨胀系数增大。过多或过少的引入Si O2、Al2O3、Mg O均会由于形成高热膨胀系数的晶相而导致所合成堇青石的热膨胀系数增大。     

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。     

珍珠岩制备单一α-堇青石微晶玻璃及其性能

以珍珠岩为主要原料制备了单相α-堇青石微晶玻璃.采用DSC、XRD及FESEM分别研究了微晶玻璃的烧结和晶化行为、晶相组成及显微结构.探讨了烧结温度和SiO2含量对微晶玻璃晶相、显微结构及性能的影响.结果表明,随着烧结温度升高,微晶玻璃中μ-堇青石逐渐减少并转变成α-堇青石,微晶玻璃的孔隙率减少.随着SiO2含量升高,α-堇青石晶相析出温度先降低后增高,微晶玻璃的密度及抗折强度先增大后减小,介电性能变差.当Mg∶Al∶Si=2∶2∶5.95时经900 ℃烧结6 h制得单一α-堇青石微晶玻璃,并具有高抗折强度(116 MPa),低介电常数(5.72,10 MHz),低介电损耗(0.0059,10 MHz),与Si相匹配的热膨胀系数(2.91×10-6 K-1),可以用作低温共烧陶瓷材料.     

氧化锌掺杂对氧化锆电解质导电性能影响

用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了8YSZ(Y2O3物质的量分数为8%的ZrO2)纳米粉体,研究预烧温度对粉体粒径的影响,煅烧温度对试样的致密度、电导率的影响。研究表明预烧温度增加,粉体的粒径增加,500℃预烧粉体的粒径为5nm。烧结温度提高,试样致密度增加,试样的电导率也增加;但烧结温度从1300℃提高到1400℃,试样致密度继续增加,而试样的电导率不变。在试样中掺杂氧化锌可以促进烧结,当氧化锌掺量大于2%(物质的量分数)后,试样的电导率下降。     

Bi2O3对堇青石陶瓷的烧结行为、相变和热膨胀性能的影响

采用X射线衍射仪、差热分析仪和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末(MgO、Al2O3和SiO2)制备堇青石陶瓷时，添加Bi2O3对堇青石陶瓷相变和性能的影响，分析了Bi2O3在饶结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明，Bi2O3能明显降低饶结温度，在1250℃烧成3h后的陶瓷是由α堇青石和少量的μ堇青石组成。随着Bi2O3含量增加，陶瓷的致密度和热膨胀系数逐渐升高。Bi2O3的添加量(质量分数)为0．04，原料相石英消失。Bi—O膨胀系数较Si—O的大和Bi^3 离子进入堇青石晶格中是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。     

非水解溶胶-凝胶法合成堇青石的反应过程研究

以自制乙醇铝,正硅酸乙酯和醋酸镁为前驱体,采用非水解溶胶-凝胶法合成堇青石,利用XRD、FT-IR和DTATG研究了醋酸镁的加入时机对堇青石合成的影响,前驱体的反应历程和凝胶加热过程中的相转变历程。结果表明:醋酸镁在铝、硅缩聚反应之后引入更利于合成堇青石;非水解溶胶-凝胶法合成堇青石的前驱体反应过程为:首先自制乙醇铝与正硅酸乙酯发生脱醚非水解缩聚反应形成含Al-O-Si键合的中间产物,然后醋酸镁进一步与之发生脱酯的非水解缩聚反应形成Mg-O-Al和Mg-O-Si键合。以醋酸镁为镁源非水解溶胶-凝胶法可在900℃形成μ-堇青石,μ-堇青石于1050℃转变为α-堇青石,并在1200℃制得α-堇青石纯相;由其制得陶瓷烧结体的热膨胀系数为1.329×10~(-6)/℃,具有良好的低膨胀特性。     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

堇青石基微晶玻璃掺杂TiO_2的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备堇青石基微晶玻璃,通过考察不同的TiO_2掺杂量和煅烧温度,利用XRD、SEM进行表征,分析堇青石基微晶玻璃晶相的变化趋势。结果表明,当煅烧温度为1 200℃,TiO_2掺杂量为4%时,堇青石结晶度达到最大值,为92.76%。     

硅溶胶高分子网络凝胶法合成堇青石粉

利用硅溶胶作为合成原料,通过高分子网络凝胶法制备了堇青石粉。采用XRD,TG—DSC,SEM,EDS等手段对其相变过程进行了研究。高分子网络法制得凝胶经过500℃脱碳后,在高温条件下发生了如下变化:在800℃以下煅烧形成无定性相,900℃时形成假蓝宝石相,假蓝宝石相在1 000℃与无定形SiO2形成β-堇青石,β-堇青石在1 100℃开始转化为a-堇青石,1 200℃时可以形成结晶良好的纯a-堇青石相。用高分子网络法比固相反应1450℃合成堇青石降低反应温度250℃。     

氮化钛复合改善堇青石材料的力学性能

利用溶胶-凝胶法制备了氮化钛-堇青石的前驱粉体。将该粉体在通氨气条件下进行煅烧和原位氮化反应,制备了氮化钛-堇青石的复合粉体．不同温度下合成产物的x射线衍射分析表明:前驱粉体在1250℃氮化3h时,堇青石与氮化钛的合成反应能同时完成。能谱分析表明：复合粉体中的氮化钛分布均匀,实验中研究了堇青石材料力学性能与氮化钛含量的关系,表明TiN的引入可以显着提高堇青石的抗弯强度．当了iN体积分数为15％时,TiN-堇青石复合材料的抗弯强度达到最高值108MPa,比纯堇青石的提高28MPa．     

堇青石蜂窝陶瓷的低温烧成试验

以高岭土、滑石和氧化铝粉为主要原料,以面粉和活性炭为成孔剂,按堇青石理论化学组成配料.经球磨、压滤、练泥、陈腐后,挤压成型为孔密度为每平方英寸100个孔,孔壁厚0.3 mm的坯体,干燥后,做不同温度(1 280、1 300、1 340和1 380℃)保温3 h和1 300 ℃保温不同时间(3、4、5、6 h)的烧成试验,然后检测烧后试样的显气孔率和热膨胀系数,并进行XRD和SEM分析.结果表明:(1)在1 340℃保温5 h烧成可制备出显气孔率约为60%,平均热膨胀系数(室温～800℃)为1.67×10-6℃-1的纯堇青石相蜂窝陶瓷.(2)在1 280～1 380℃保温5 h烧成的堇青石蜂窝陶瓷的显气孔率及吸水率均没有显著差异.在1 300℃的烧成温度下,当保温时间由3 h增加到4 h时,试样的显气孔率和吸水率略有下降;继续延长保温时间,试样的显气孔率和吸水率变化不大.(3)在保温5 h的条件下,当烧成温度从1 280℃升至1 340℃时,试样的热膨胀系数逐渐降低;当烧成温度从1 340 ℃升至1 380℃时,试样的热膨胀系数升高.在烧成温度为1 300 ℃的条件下,当保温时间从3 h增加到5 h时,试样的热膨胀系数逐渐降低;从5 h增加到6 h时,试样的热膨胀系数升高.(4)与1 300℃烧成的试样相比,1 340℃烧成的试样中有较多呈短柱状的堇青石晶粒,且气孔平均孔径较大.