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《南昌大学》 2018年
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煤矿固体废弃物泡沫隔热陶瓷组成与性能一体化设计和制备

叶晓春  
【摘要】:煤矿固体废弃物煤矸石和煤炭伴生页岩资源化率低造成严重的环境问题,建筑节能亟需热物性和力学性能良好的围护结构材料。结合煤矸固体废弃物资源化和建筑节能这两个紧迫问题,利用煤矿固体废弃物为主要原材料,分别以抛光渣和滑石为造孔剂和助熔剂,制备适合于湿热气候条件的自保温泡沫隔热墙体材料。研究煤矿固体废弃物泡沫隔热陶瓷材料的制备、物相组成、微结构与材料导热系数、热惰性指标、蓄热系数、吸湿性等之间的关系,寻求材料组成结构与物理性能、热物性一体化设计的理论依据。由于煤矿固体废弃物化学组成随时间和采集地点波动很大,为达到材料热物性和力学性能一体设计制备的目的,设计了SiO_2-Al_2O_3-MgO三元相图,借鉴硅酸盐相图表征材料组成结构与热物性的对应关系,通过分析SiO_2-Al_2O_3-MgO系统材料的物理性能和热物性特征参数等值线,以及材料结构及组成对性能影响的微观机理,研究满足材料设计要求的可控制备方法和技术。研究得到如下结论:(1)在MgO 9%~10%、Al_2O_3 17%~19%和SiO_2 71%~73%的区间内,泡沫隔热陶瓷的表观密度低于0.77g/cm~3,孔隙率高于70%,吸水率低于0.59%;材料的导热系数小于0.14 W/(m?k),蓄热系数小于3.2 W/(m~2?k),比热容为0.52~0.61kj/(kg?k),热扩散系数低于0.159×10~(-2)m~2/h,热惰性指标高于3.36,材料衰减倍数高于12.27,延迟时间高于2.9h。(2)在MgO 9%~10%、Al_2O_3 17%~19%和SiO_2 71%~73%的区间内,制备的煤矿固体废弃物泡沫陶瓷的主晶相为堇青石。(3)孔隙率和孔隙特征是影响材料的热物性数的主要因素,但材料矿物组成的结构也对导热系数有影响。结构复杂的堇青石晶体对晶格波散射作用更大,热传导性能更小,而结构中含较低原子量Mg~(2+)的顽火辉石则导热性能更好。即堇青石的导热系数低于顽火辉石,而堇青石+顽火辉石的物相组成会增加材料的比热容,同时固相骨架孔壁的缺口和裂纹会引起声子的散射,降低材料的热扩散系数。
【学位授予单位】:南昌大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TU551

【参考文献】
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