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《景德镇陶瓷学院》 2008年
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钛酸铝—莫来石—镁铝尖晶石质空心球隔热材料的研制

刘欣  
【摘要】: 钛酸铝是一种集低热膨胀耐高温于一体的优质材料,但其强度低和热稳定性差两个致命弱点限制了它的应用。空心球结构具有孔隙率大、密度小、隔热性能好等优点,是制备高性能隔热材料的理想结构。本论文通过对钛酸铝材料进行复合改性,并将其制成空心球结构的新型隔热保温材料。 本文通过固相法合成了钛酸铝粉体,探讨了莫来石和镁铝尖晶石等外加剂对钛酸铝材料性能的影响,然后采用滚球法将复合材料滚制成不同孔径的空心球,烧制成空心球隔热砖,利用XRD、SEM、导热系数测试仪、热膨胀系数测试仪和万能材料试验机等测试手段对材料的结构和性能进行了较为深入和系统的研究。 制备钛酸铝一莫来石复相陶瓷(ATM),探讨了莫来石抑制钛酸铝分解和提高强度的机制,研究了莫来石对钛酸铝材料导热系数,抗压强度和热稳定性的影响。结果表明:随着莫来石量的增加,ATM多孔材料的导热系数先变小再增大。ATM多孔材料的强度随着莫来石量的增加呈现上升的趋势,研究发现莫来石加入量在20-30%之间,材料的抗压强度增加最显著。莫来石的加入量以30%为宜,加入量过多会使复合材料的热膨胀系数增加,从而失去很好的热震稳定性。 在ATM复合材料的基础配方上,通过外加高强的铝矾土、镁铝尖晶石、刚玉进行增强,考察了外加剂种类和用量对复合材料性能的影响。结果表明,镁铝尖晶石在减少重烧线收缩和降低导热系数的方面效果较明显。外加10%的镁铝尖晶石会使复合材料的导热系数从0.3389w/k.m降低为0.2856w/k.m。 采用滚球法工艺制备了空心球多孔砖,研究结合剂的种类和用量、填充细粉的用量、空心球大小配比和烧成制度对空心球砖性能的影响。结果表明:选用5%的Al_2(SO_4)_3和PVA复合结合剂,其抗压强度能达到5.6 MPa。合理的级配有利于大气孔和连续气孔的减少,提高抗压强度。在本研究的实验条件下,大球(直径为2mm):中球(直径为1mm):小球(直径为0.5mm)的质量配比为3:4:3是一个较理想的级配。随着烧成温度的提高和保温时间的延长,制品的显气孔率下降,体积密度和抗压强度增加,导热系数也有所上升。最后通过优化工艺与配方,经1500℃保温60min烧成制备出了体积密度为1.27g/cm3、导热率0.1264W/m.k、常温耐压强度可达6.4MPa的轻质隔热砖。
【学位授予单位】:景德镇陶瓷学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB34

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