发泡—注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能

《发泡—注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发泡—注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能（4页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、发泡注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能多孔陶瓷被广泛地应用于高温隔热材料、气/液过滤、净化分离、催化剂载体、吸声减震材料、生物植入材料和传感器材料等。本文先以Al203、SiO2粉或莫来石(Al6Si2013)粉为原料，分别以AlF33H20和TiO2为添加剂，通过原位反应的方法制备了Al6Si2013晶须/柱晶；在对合成过程热力学分析的基础上，研究了反应温度、添加剂种类和用量以及反应时间等对Al6Si2013晶须/柱晶合成过程的影响;依据密度泛函理论(DFT)计算的Al6Si2013各晶面对AlF3(g)和SiF4(g)吸附能的结果，探讨了Al6Si2013晶须/柱

2、晶的生长机理;同时也对Al6Si2013晶须/柱晶的生长动力学进行了研究。在此基础上，采用发泡-注凝成型法制备了Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷;研究了Al6Si2013浆料的稳定性、流变性和胶凝性能，发泡剂的用量、AlF33H2O和TiO2用量以及烧结温度、自结合Al6Si2013相的用量对多孔陶瓷常温力学性能的影响，研究了所制备多孔陶瓷的高温力学性能、抗热震性能和热导率随温度的变化关系,并采用ANSYS有限元对Al6Si2013多孔陶瓷的高温隔热性能进行了预测。研究结果表明:(1)以Al203和SiO2粉为原料，以AlF33H20为添加剂，经1673K反应5h所合成Al6Si2013晶

3、须的平均长度和长径比最大，分别约为99.0“m和54。Al6Si2O13晶须的生长过程是由气-固反应机理控制的。密度泛函理论(DFT)计算结果表明，Al6Si2O13各晶面吸附AlF3(g)和SiF4(g)的吸附能大小顺序分别为:Eads(001)>Eads(111)>Eads(210)>Eads(120)>Eads(110)和Eads(001)>Eads(111)>Eads(120)>Eads(110)>Eads(210)，吸附于Al6Si2O13的(001)面上的AlF3(g)分子和SiF4(g)分子，促使了晶须沿(001)面生长。Al6Si

4、2O13晶须沿长度和直径方向的生长动力学指数分别为3.3和7.2。(2)以Al6Si2O13粉为原料，分别以AlF33H2O和TiO2为添加剂，通过原位反应的方法制备了Al6Si2O13柱晶。当AlF33H2O和TiO2的用量分别为4wt%和7wt%时，经1873K反应5h后所合成Al6Si2013柱晶的平均长度最长，分别为22.3m和27.5m。(3)以Al6Si2013粉为原料、Isobam104为分散剂和粘结剂、十二烷基硫酸三乙醇胺为发泡剂和羧甲基纤维素钠为稳泡剂制备了Al6Si2O13多孔陶瓷。即使其孔隙率高达76%时，所制备多孔陶瓷的耐压强度和抗折强度仍分别为15.3MPa和3.7M

5、Pa。推导了孔隙率在6776.9%之间的Al6Si2013多孔陶瓷在不同温度下的热导率计算模型为(4)分别以AlF33H2O(08wt%)和Ti02(09wt%)为添加剂，采用发泡-注凝成型法制备了Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷。适量添加剂的加入可以明显地减小多孔陶瓷的气孔孔径及其分布，并提高了其抗折强度，所制备的孔隙率约为67.0%的Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷的常温抗折强度可达13.9MPa,比无柱晶多孔陶瓷的抗折强度提高了约27%。(5)在50N-600N-50N的循环压应力下，随着温度的升高,Al6Si2013多孔陶瓷的变形位移量呈先减小后增大，最后断裂的趋势。多孔陶瓷的

6、抗折强度随着温度的升高，呈先逐渐增大，然后又逐渐减小的趋势;所制备的Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷的高温抗折强度远高于无柱晶多孔陶瓷，在1473K时,Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷的抗折强度约为6.7MPa,比无柱晶多孔陶瓷的抗折强度（5.9MPa）提高了约13.6%;即使在1673K时,Al6Si2013柱晶自增强多孔陶瓷的抗折强度仍可达2.8MPa。（6）以Al203和SiO2为自结合相粉体，采用发泡-注凝成型法经1873K/2h烧结后制备了自结合Al6Si2013多孔陶瓷。AlF33H20的引入可在自结合多孔陶瓷中原位生成大量的Al6Si2013柱晶，显著地提高其力学性能。孔隙率为71.1%的Al6Si2O13柱晶增强自结合多孔陶瓷的耐压强度和抗折强度最高可分别达28.2MPa和11.5MPa,明显高于孔隙率为70.3%的无柱晶自结合多孔陶瓷（耐压强度和抗折强度分别为11.6MPa和6.5MPa）。