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莫来石多孔陶瓷的结构设计与性能研究

杨凤坤  
【摘要】:莫来石多孔陶瓷具有体积密度小、热导率低、抗热震性能好及耐高温等优良特性,因此在隔热材料方面具有广泛的应用。兼具高强与低热导的莫来石多孔陶瓷是研究者关注的重点。本文以电熔莫来石粉为原料,采用泡沫注凝法制备了一系列莫来石多孔陶瓷,分别采用XRD与SEM分析了试样的物相组成、观察了显微结构,测试了试样的气孔率、体积密度、孔径分布、热导率及抗压强度,研究了烧结温度、固含量、发泡剂及掺加钛酸铝等对材料结构与性能的影响,探究了莫来石多孔陶瓷的隔热机理及热力性能匹配规律。结果表明:随着烧结温度的升高,气孔率降低,气孔尺寸变大,体积密度、抗压强度及热导率均增加;随着浆料中固相含量的增加,试样的总气孔率降低、气孔尺寸减小且孔壁厚度增加,抗压强度及热导率均呈上升趋势;与松香皂、十二烷基苯磺酸钠相比,采用十二烷基硫酸钠为发泡剂制备出的试样的综合性能更优,且随着十二烷基硫酸钠浓度的增加,多孔陶瓷的总气孔率增加、孔壁变薄、热导率和抗压强度均降低;通过调整烧结温度、固相含量及发泡剂浓度等工艺参数,制备出的莫来石多孔陶瓷的气孔率为71.69-92.57%、抗压强度为0.63~4.91MPa、热导率为0.05-0.43W/(m·K):莫来石多孔陶瓷的热导率与气孔率的关系与通用模型Ke=1.75(1-P)/0.14+1.36P相吻合,抗压强度与气孔率的关系可用σ-=513×(1-P)2.57来表示,据此可以实现对莫来石多孔陶瓷热力性能的预测与设计;研究还表明少量钛酸铝的掺加有助于降低莫来石多孔陶瓷的热导率。


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