硅–铝溶胶作为耐火浇注料胶结剂的研究现状与展望EI北大核心CSCD

对比介绍了几种浇注料结合系统、铝酸钙水泥作为浇注料结合剂的优缺点以及溶胶结合剂替代铝酸钙水泥的趋势。对硅溶胶和铝溶胶的硬化机理进行了着重分析,硅溶胶的胶凝化与硅氧烷的形成密切相关,可通过改变pH值、添加硬化剂、干燥、冰冻等方式实现硅溶胶胶凝化,而铝溶胶的胶凝化主要通过改变pH值、改变离子强度、改变温度来实现。同时介绍了显著影响浇注料施工性能的分散剂的分散机理和研究现状,突出了硅溶胶结合浇注料中分散剂的作用特点,在偏碱性浇注料中硅溶胶颗粒表面会带有强烈的负电荷,为提高分散剂在硅溶胶颗粒表面的吸附量,可以选择具有较高pK_a官能团的分散剂。评述了溶胶结合剂在浇注料中应用的优势,主要体现在可以更快更安全的干燥、具有更高的烧结性、体积稳定性好、中温强度高、高温机械性能更好等优点。最后预期了溶胶作为浇注料结合剂其未来的研究重点。     

硅–铝溶胶作为耐火浇注料胶结剂的研究现状与展望

对比介绍了几种浇注料结合系统、铝酸钙水泥作为浇注料结合剂的优缺点以及溶胶结合剂替代铝酸钙水泥的趋势。对硅溶胶和铝溶胶的硬化机理进行了着重分析,硅溶胶的胶凝化与硅氧烷的形成密切相关,可通过改变pH值、添加硬化剂、干燥、冰冻等方式实现硅溶胶胶凝化,而铝溶胶的胶凝化主要通过改变pH值、改变离子强度、改变温度来实现。同时介绍了显著影响浇注料施工性能的分散剂的分散机理和研究现状,突出了硅溶胶结合浇注料中分散剂的作用特点,在偏碱性浇注料中硅溶胶颗粒表面会带有强烈的负电荷,为提高分散剂在硅溶胶颗粒表面的吸附量,可以选择具有较高pK_a官能团的分散剂。评述了溶胶结合剂在浇注料中应用的优势,主要体现在可以更快更安全的干燥、具有更高的烧结性、体积稳定性好、中温强度高、高温机械性能更好等优点。最后预期了溶胶作为浇注料结合剂其未来的研究重点。     

不同酸对胶凝过程及莫来石晶须形成的影响

以工业纯铝溶胶和硅溶胶为原料,采用溶胶-凝胶工艺制备了莫来石晶须。研究了不同酸对胶凝过程及莫来石晶须形成的影响。结果说明,采用柠檬酸调节溶胶的pH值可以缩短胶凝时间,制备出形貌规则、长径比大的莫来石晶须。     

氧化锆喷雾造粒料浆的制备

为了制备出流动性和稳定性好的喷雾造粒料浆,研究了分散剂三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、聚丙烯酸铵和PEG2000对氧化锆喷雾造粒料浆流变特性的影响,认为聚丙烯酸铵对于氧化锆料浆具有较好的分散效果。在此基础上采用正交试验设计,以料浆的平均黏度和沉降度为评价指标,对料浆固含量、结合剂PVA和分散剂聚丙烯酸铵加入比例进行了优选,选用料浆固含量(w)为85%、结合剂PVA加入量(w)为8%、分散剂聚丙烯酸铵加入量(w)为0.5%,制备了综合性能较好的氧化锆料浆,利用此料浆获得了较好的喷雾造粒效果。     

可水合氧化铝在硅溶胶中的水化行为及流变性研究

为了研究可水合氧化铝在硅溶胶中的水化行为和流变性,将可水合氧化铝分别在水和硅溶胶中配制成固含量约60%(w)的料浆,在25℃恒温水浴中分别水化1~120 h后,再烘干并检测其质量变化率,观察水化后的物相组成和显微结构,并研究可水合氧化铝分别在水和硅溶胶中的Zeta电位随p H的变化及料浆黏度随时间和切变速率的变化。结果表明:1)可水合氧化铝在水中的水化速率比在硅溶胶中的快,尤其在反应前期;可水合氧化铝在硅溶胶中料浆的流变特性近似牛顿流体,而在水中料浆表现出剪切变稀的特征;可水合氧化铝在硅溶胶中料浆的黏度和颗粒表面的等电点p H均比在水中的小。产生这些差异的主要原因是可水合氧化铝颗粒表面被硅溶胶中的Si O2粒子包覆。2)可水合氧化铝在水中水化后的主要物相为三羟铝石和少量勃姆石,而在硅溶胶中水化后的主要物相为勃姆石。     

高固含量氧化锆水系料浆的制备

选用经1450℃保温4h预烧处理的氧化钇稳定氧化锆粉为原料,以丙烯酰胺为单体,N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,由稀盐酸和氢氧化钠溶液调节pH,制成高固含量的氧化锆水系料浆。研究分散剂种类(聚丙烯酸铵、六偏磷酸钠、聚乙烯醇或柠檬酸铵)、聚丙烯酸铵的添加量(质量分数,0.5%~2.5%)、pH(0.5~13)和球磨时间(分别为0.5、1、1.5、2h)对料浆沉降高度、Zeta电位和黏度的影响。结果表明:添加0.55%(w)的聚丙烯酸铵分散剂,在pH=12时,球磨1h后获得了固相体积分数高达54%,黏度为344mPa·s的稳定的氧化锆水系料浆。     

Al2O3料浆流变性能的研究

研究了pH值、分散剂柠檬酸铵添加量、固相含量对Al2O3料浆流变性能的影响.结果表明:当pH为9-10时,当分散剂柠檬酸铵添加量为2wt%时,所制备的Al2O3料浆粘度最低,该料浆流动性能最佳.同时,料浆粘度会随料浆固相含量增加而增加.     

颗粒级配法制备高固相含量低黏度氧化铝料浆

以平均粒径分别为0.97 μm(CQ)和2.18 μm(HNXY)的2种Al2O3粉体为原料采用级配混合的方法,分别添加离子型分散剂柠檬酸铵或高聚物型分散剂聚丙烯酸,制备了适合胶态成型的高固相含量、低黏度的料浆.讨论了胶态成型中粒度分布,以及分散剂的种类和各自不同的用量对悬浮体流变学特性的影响.当粉体CQ和HNXY的级配质量比为1:2时,其混合粉体粒度分布最接近于Dinger模型理论分布,此时可以得到黏度最低的料浆,当固相含量为65%(体积分数)时,料浆的黏度仍然在1 Pa·s以下;与分散剂柠檬酸铵相比,在相同的周相含量和级配比例下,采用聚丙烯酸的科浆流动性更好.     

以聚硅氧烷乳液/聚丙烯酸铵为复合分散剂制备高性能氮化硅料浆

以聚硅氧烷乳液(S-17)/聚丙烯酸铵[poly(acrylic acid)ammonium,PAA-NH4]为复合分散剂制备了高浓度且稳定的Si3N4凝胶注模料浆,用电泳仪分析了料浆中颗粒表面zeta电位,用转子黏度计测量了料浆的黏度,用沉降法表征了Si3N4粉体的分散稳定性,用黏度法获得颗粒对聚硅氧烷分子的吸附等温线.研究了PAA-NH4分散剂和聚硅氧烷表面活性剂对高固相含量、低黏度料浆的稳定性影响机制.结果表明:单独使用PAA-NH4不能达到较好的稳定效果,采用聚硅氧烷乳液/PAA-NH4复合分散剂,聚硅氧烷乳液用量为0.4%(质量分数,下同),PAA-NH4为0.8%时,可制备固相体积含量为50%,黏度低于1.0 Pa·s,稳定性较高的料浆.该料浆适于凝胶注模操作.根据静电作用原理,结合颗粒对聚硅氧烷分子的吸附特性,提出通过降低液相表面张力来降低料浆黏度及提高稳定性,探讨了高固相含量料浆分散的理论机理.     

阳离子型聚丙烯酰胺对含超细氢氧化镁浆料过滤性能的影响

为解决超细氢氧化镁颗粒细、易团聚导致的难过滤问题,本文考察了添加剂种类对含超细氢氧化镁浆料过滤性能的影响,系统研究了阳离子型聚丙烯酰胺加入方式、添加剂用量比、反应温度、反应时间和搅拌速率等因素对过滤速率的影响,采用X射线衍射仪（XRD）、热场发射扫描电子显微镜（SEM）对反应过程中得到的氢氧化镁晶体结构、形貌、粒度等进行表征分析,结合傅里叶红外光谱仪（FTIR）探究了聚丙烯酰胺分子与氢氧化镁晶体的结合机制,总结了阳离子型聚丙烯酰胺提高含超细氢氧化镁浆料过滤性能的机理。结果表明：阳离子聚丙烯酰胺的添加量为理论氢氧化镁质量的0.7%,反应温度60℃,搅拌速率250r/min,超细氢氧化镁浆料的过滤速率最大为545mL/(m²·s),体系黏度最低为8.64mPa·s,氢氧化镁的平均粒径为138nm。过滤性能提高的机理为：阳离子聚丙烯酰胺中的酰胺基团与氢氧化镁分子中的羟基通过吸附架桥方式结合形成长链分子,使氢氧化镁颗粒之间分散性提高,减少相互间的团聚,提高整体过滤速率。     

Dispersion properties of alumina powders in silica sol

The dispersion of alumina powders in silica sol has been investigated by zeta potential, sedimentation, and rheological measurements. Zeta potential of alumina in silica sol changes significantly in comparison with that of alumina in deionized water. This is caused by the absorption of silica colloidal particles with negative charge on the surface of alumina particles. Sol-dispersed alumina slurry shows a minimum in sedimentation volume and viscosity around pH 10. The viscosity depends strongly on the silica sol concentration and reaches a minimum in 10–15 wt.% silica sols. It is proposed that the dispersion and stabilization of alumina particles in silica sol are attributed to the electrostatic and steric effects of the colloidal particles absorption. Effects of pH, solids content and silica sol concentration on the rheological behavior of sol-dispersed alumina slurries are discussed in detail.     

硅藻土基表面有机化氢氧化镁的制备及性能

针对现有氢氧化镁阻燃剂在制备过程中存在氢氧化镁浆料过滤性能差的问题,采用正向沉淀法,以六水氯化镁和氢氧化钠为原料,在制备氢氧化镁的过程中加入硅藻土和油酸,制备出了硅藻土基表面有机化氢氧化镁。通过过滤性能测试考察了硅藻土添加量对氢氧化镁浆料过滤性能的影响,同时采用全自动比表面及孔径分析仪（BET）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、同步热分析仪（STA）等对产物进行了分析。过滤性能和BET分析表明,添加硅藻土后,氢氧化镁浆料的过滤速率明显提高,当硅藻土与氢氧化镁质量比为0.10∶1时,所制备的硅藻土基表面有机化氢氧化镁的孔容最大,且氢氧化镁浆料的过滤性能提高了61.9%;FESEM分析表明,硅藻土的表面负载了分散性较好的片状氢氧化镁;FTIR分析表明,油酸成功地结合在氢氧化镁和硅藻土表面,提高了硅藻土基氢氧化镁的疏水性;热重（TG）分析表明,硅藻土对氢氧化镁具有协同阻燃效应,少量硅藻土的加入可以提高氢氧化镁的热稳定性,提高残重率,降低热释放速率,延长热分解时间。     

SiO2溶胶的甲基化改性及其性能研究

采用溶胶-凝胶法,以甲基三乙氧基硅烷(MTES)为疏水性前驱物,对SiO2溶胶进行甲基化改性,制备MTES-SiO2溶胶,考察了MTES的加入对SiO2溶胶化学结构和性能的影响.结果表明,随着MTES加入量的增加,溶胶的粘度减小,凝胶时间延长,溶胶粒径略微增大.红外光谱分析表明,MTES-SiO2溶胶以Si -O - Si键为主,体系中已成功引入Si - CH3基团,所形成的SiO2分子具有线型结构.MTES-SiO2溶胶在陈化过程中,在粘度发生急剧改变前,溶胶的粘度、固含量变化不大,溶胶粒径略有增加.随着凝胶点的接近,溶胶分子逐渐由线型结构过度到三维网络结构.     

莫来石纺丝溶胶的流变特性及可纺性研究

本文以氢氧化铝为铝源,以硅溶胶为硅源,采用溶胶-凝胶技术制备了莫来石纺丝溶胶,采用稳态及动态两种测试模式,研究了纺丝溶胶的粘度及流变性能,并采用干法纺丝制备连续莫来石凝胶纤维,评价了溶胶的可纺性。结果表明,温度对溶胶的非牛顿指数及结构粘度指数影响不大,这将有利于纺丝工艺的调节;高固含量有利于莫来石凝胶纤维的纺丝成纤,制备的凝胶纤维更细,纺丝稳定性更好。     

Gel-casting of fused silica based core packing for investment casting using silica sol as a binder

A novel approach for the fabrication of core packing via silica sol gel-casting is described. Concentrated slurry dispersed in silica sol with high solid loading but low viscosity is successfully prepared at about pH 10.2. In situ consolidation of the slurry is realized through adjustment of NH₄Cl concentration to control the gelation time of the slurry. High compaction and uniform green body is obtained by gel-casting technology without de-airing process. The results from flexural strength tests show that wet gel bodies with 0.5 wt.% calcium aluminate obtained by silica sol gel-casting have exceptionally high strength, which are responsible for the integrity of core packing during autoclaving.     

A new approach to prepare highly loaded aqueous alumina suspensions with temperature sensitive rheological properties

Poly(acrylic acid) (PAA)-free alumina suspensions with temperature sensitive rheological properties have been successfully produced using the combination of tri-ammonium citrate and magnesium citrate powders with slurry loading up to 60 vol.%. A new approach using the DLVO concept is proposed to design the suspension composition. Both the shear viscosity and the shear modulus of the suspensions start to increase when the suspension temperature is above a critical value. The flocculation of the suspensions is controlled by the dissolution of the magnesium citrate that increases the ionic strength in the suspensions. The dissolution is controlled by the pH of the suspensions, which decreases with increasing temperature. Compared with the same solid loading suspensions containing PAA, the suspension shear viscosity of 25 °C can be reduced, which is useful in developing new near net shape forming technologies.     

硝酸对AlOOH溶胶流变特性的影响

为控制氧化铝陶瓷膜制备中的涂膜工艺,以异丙醇铝为原料,硝酸为胶溶剂,制备了AlOOH溶胶。通过旋转流变仪、Zeta电位分析仪等表征手段,研究了硝酸用量对AlOOH溶胶流变特性的影响。结果表明,硝酸与异丙醇铝摩尔比R(n(HNO₃):n(Al(C₃H₇O₃)₃))为0.3~0.6时,AlOOH溶胶表现出假塑性流体特征。通过Herschel-Bulkley模型拟合流变测试数据得到的流动指数随着R的增大而减小,稠度系数随之增大;振幅扫描中储能模量(G′)与损耗模量(G″)均随着R增大而上升;频率扫描中G′与G″的交点随着R的增大而逐渐靠近低频。随着R的增大,AlOOH溶胶假塑性增强,稠度增大,弹性与黏性均上升,更易转变为凝胶。当R≥0.7时已经转化为凝胶,不再符合流体规律。Zeta电位的高低影响AlOOH溶胶的分散性,进而影响上述现象。     

硅溶胶凝胶化过程的研究

溶胶-凝胶技术是一门新兴技术,通过对溶胶凝胶化过程的控制,可获得所需制备工艺的最佳条件.研究表明:硅溶胶的粘度、ζ电位及凝胶化过程都与其酸碱度有密切的关系,凝胶化过程发生在pH为4～7之间.     

水溶性环氧树脂体系的氧化锆凝胶浇注成型

研究了氧化锆凝胶浇注成型工艺中,水溶性环氧树脂凝胶剂对浆料的流变性和固化过程的影响.结果表明:环氧树脂的加入增加了浆料的黏度,但可制备固体含量为53.7%(体积分数),黏度为0.60Pa·s(剪切速率为100 s-1),适合浇注的浆料;为得到较高弹性模量的凝胶,固化剂(二丙三胺)最佳加入量为3.4%(质量分数);环氧树脂溶液的聚合过程和氧化锆浆料的固化过程对温度都具有较大的依赖性,利用这些依赖性可控制浆料的制备、浇注和固化过程.30℃时,浆料中环氧树脂的聚合反应在8min后开始,20min后浆料失去流动性,1 h后浆料完全固化,湿坯弹性模量达到1.96MPa.固化温度越高,浆料固化越快,固化后湿坯的弹性模量就越高.     

The effect of SiO_2 particle size on iron based F–T synthesis catalysts

The effect of particle size of silica, as catalyst binder, on the chemical and mechanical properties of iron based FT catalyst was studied in this work. The samples were characterized using XRD, BET, TEM, FT-IR, and H2-TPR, respectively. The attrition resistance and the FT activity were tested. Si-8–Si-15 catalysts prepared with 8–15 nm silica sol show good attrition resistance(attrition loss b 4%), especially Si-13 with an attrition loss of 1.89%. Hematite appeared in XRD patterns when silica sol above 15 nm is used. TEM micrographs show that no obvious Si O_2 particles appear when silica sol particle with size less than 8 nm was used, but Si O_2 particles coated with small ferrihydrite particles appear when silica sol above 8 nm was used. Si–O–Si vibration peak in FT-IR spectra increases with increasing silica sol size. Samples prepared with silica sol show good stability of FT reactions, and the average molecular weight of FT products increases with the increase of Si O_2 particle.