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叔丁醇基凝胶注模制备多孔二氧化硅陶瓷

徐海  
【摘要】:多孔二氧化硅陶瓷(SiO_2,Silica ceramics)具有低导热率、热膨胀系数小、密度低以及良好的体积稳定性等优良特性,是轻质隔热材料的理想选择。 本文以粉煤灰中提取的纳米二氧化硅及其900℃煅烧料、熔融石英以及球形二氧化硅为原料,针对其不同特性,利用叔丁醇基凝胶注模成型工艺在超低固相含量下制备多孔二氧化硅陶瓷。研究了不同固相含量和烧结温度对制备二氧化硅陶瓷显微结构、性能、物相以及孔径分布等方面的影响。运用扫描电子显微镜观察样品的显微结构。利用BET孔径分析仪测试孔的孔径和分布。利用X射线衍射仪,对样品进行物相分析。测试了样品的气孔率、抗压强度及体积密度等。 实验结果表明,利用叔丁醇(TBA)相对于水具有较高的饱和蒸汽压(6.4 KPa)和较低的表面张力(15.15 mN/m)及其在50℃可以迅速挥发的特点,可采用超低固相含量浆料通过叔丁醇基凝胶注模成型工艺制备多孔陶瓷。这一方法可以克服传统的水基凝胶注模工艺在成型干燥过程中引起样品开裂的问题,并在坯体中形成气孔相互连通的孔隙结构。 本实验采用的叔丁醇既发挥了其溶剂作用,又作为成孔剂引入。比传统水基凝胶注模或其他发泡法制备的多孔氧化硅陶瓷具有更高的气孔率和更低的体积密度,是较为合理的多孔陶瓷成型方法。随着固相含量和烧结温度的增加,所有系列样品气孔率均呈现递减趋势,而体积密度和抗压强度则均随着增加。 不同的原料,因其成份、粒径、物相、比表面积等因素的不同,虽然采用相同的成型工艺,制备出来的多孔二氧化硅陶瓷却具有完全不同的XRD物相、物理机械性能和SEM显微结构等。 相同条件下纳米二氧化硅系列试样具有较高的气孔率和较低的体积密度,当烧结温度为1050℃,15 wt.%固相含量试样的气孔率为72.4%,体积密度为0.59 g/cm3。SEM显微结构显示出其具有双层级孔洞和颗粒间的三维骨架结构。而其它系列样品均很难观察到颗粒的三维骨架搭连结构。


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