偏组成堇青石陶瓷材料结构与性能

堇青石陶瓷具有热膨胀系数低、抗热震性好、耐高温等特点,被广泛应用于高低温急剧变化的环境。如何进一步降低堇青石陶瓷的热膨胀系数,提升其使用性能,仍然是国内外研究的热点,以单层片状结构的苏州高岭土、滑石和γ-Al_(2)O_(3)为原料,设计了不同的配比组成并制备了堇青石低膨胀陶瓷样品。采用XRD、SEM、CTE和EPMA等测试技术对样品的结构和性能进行了表征。探究了偏化学计量不同配比组成对合成堇青石陶瓷的结构与性能的影响。结果表明:偏镁样品(Si/Al为1.34时)合成的是单一的纯相堇青石;样品的热膨胀系数为1.91×10^(-6)℃^(-1) (25℃~800℃),抗折强度为50 MPa,气孔率为20%,体积密度为1.90 g·cm^(-3)。风冷热震循环试验(25℃~1000℃) 30次后抗折强度损失率仅为2.66%。偏镁组成中的MgO促进了高温液相的生成,液相传质推动高温化学反应充分进行,提高了样品中的堇青石含量(达到了99 wt.%),生成的堇青石晶粒定向排列,降低了样品的热膨胀系数,提高了样品的抗热震性。

基于伴生稀土高岭土制备致密堇青石陶瓷的研究

堇青石具有优良的力学性能,主要用于耐火材料等领域。本研究以天然高岭土矿物粉末为原料,通过成分调整并采用固相烧结法制备了高性能的堇青石陶瓷,利用气孔率、XRD、SEM、维氏硬度、抗弯强度等分析测试方法对堇青石结构和性能进行了表征。研究表明:堇青石陶瓷配比为伴生稀土高岭土80.2wt.%、氧化铝7.6wt.%和氧化镁12.2wt.%,当烧结温度由1100℃提升至1250℃,且原料粒度由100目降至300目,样品中堇青石相含量增加到96.6%,体积密度达到2.51 g/cm^(3)、致密度高达99.8%,维氏硬度上升至11.56 GPa,抗弯强度达到127 MPa,经3次热震循环后,材料的抗弯强度达到150 MPa。综合堇青石材料对硬度、抗弯强度与抗热震性能的要求,其最佳烧结温度为1200℃,且原料粒度越小,堇青石结构与性能越好。

氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响

本文以粉煤灰、滑石、氧化铝和氧化镁为原料,加入质量分数为0%、0.5%和1.0%的氟化钇,通过高温烧结制备了粉煤灰基堇青石陶瓷样品,研究了氟化钇掺量对样品的物相组成、显微结构及主要性能的影响。结果表明,氟化钇的引入可降低堇青石的生成温度,提高堇青石的物相转化率,显著改善材料的力学性能,同时对热学性能亦有一定积极影响。当氟化钇添加量为0.5%时,样品的综合性能最优。当烧结温度为1300℃时,XRD未见明显杂质峰,样品的体积密度为2.15 g/cm^(3),开孔孔隙率为7.49%,吸水率为3.49%,压缩强度为252.27 MPa,经5次热震试验后压缩强度仍然高至204.65 MPa,比热容为0.770~0.931 J/(g·℃)(25~150℃),热膨胀系数为2.54×10^(-6)℃^(-1)(100~800℃)。与不含添加剂的样品相比,添加0.5%氟化钇样品的体积密度增加了5.2%,开孔孔隙率降低了58.6%,吸水率降低了60.6%,而压缩强度增加了4.6倍,比热容增强而热膨胀系数降低。在粉煤灰基堇青石陶瓷的烧结过程中,氟化钇的引入可使其在较低的温度下形成液相,提高元素迁移率,促进晶粒发育完全且具有细化晶粒的明显效果。氟化钇作为一种有效的烧结助剂,微量的添加即可显著改善粉煤灰基堇青石陶瓷的综合性能。本工作拓宽了高效烧结助剂选择范围,可为高质量陶瓷材料的高温烧结提供一定参考。

添加剂对粉煤灰合成堇青石陶瓷性能的影响

选用高铝粉煤灰、镁砂、硅微粉为合成堇青石的主要原料,分别添加1%、2%、3%的ZrO_(2)和1%、2%、3%的Ca F2,在100 k N的压力下压制成Φ36 mm×36 mm圆柱状试样,在1300℃下烧结3 h,通过检测试样的体积收缩率、体积密度、显气孔率、吸水率、耐压强度以及XRD分析试样成分、SEM观察试样表面形貌,研究添加剂对堇青石性能的影响。结果表明:ZrO_(2)和Ca F2的加入降低了堇青石的烧成温度,增大了堇青石的体积密度和耐压强度,提高了堇青石的致密度,并且ZrO_(2)和Ca F2的加入促进了高温堇青石的生成,并且晶体结构均匀完整。

堇青石陶瓷的研究现状

介绍了堇青石陶瓷的应用情况和基本结构特点,重点分析了堇青石陶瓷的研究现状和合成中存在的问题,并提出了相应的解决方法。

Nd_2O_3对稻壳合成多孔堇青石陶瓷的影响

用稻壳为硅源和成孔剂,以Nd2O3为添加剂,在1350℃烧成了多孔堇青石陶瓷。利用XRD分析了试样在烧结过程中的物相变化,利用SEM观察了烧结试样的显微结构,并测定了烧结试样的抗弯强度、气孔率。结果表明:与未掺Nd2O3的试样相比,掺杂3wt%Nd2O3后,烧结试样的气孔率无明显变化,但其抗弯强度增加了约4倍,且堇青石的形成温度显著降低。

Bi_2O_3对堇青石陶瓷的相组成、微观结构和性能的影响

采用X射线衍射、扫描电镜、差热分析和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末(MgO,Al_2O_3和siO_2)制备堇青石陶瓷时,添加Bi_2O_3对堇青石陶瓷相变、相组成和性能的影响。Bi_2O_3在烧结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明,在1350℃烧结3h,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。随Bi_2O_3含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。Bi_2O_3的添加量(质量分数)大于4％时,原料相石英消失。硅氧网络骨架结合力减小和一定量的玻璃相是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。

莫来石-堇青石陶瓷窑具材料的性能及显微结构

研究了红柱石骨料的莫来石化作用及添加剂SiC的加入量、合成莫来石的引入和烧成温度对莫来石-堇青石窑具材料性能及显微结构的影响。结果表明 ,在 1380℃ 4h下烧成时 ,红柱石的莫来石化作用能大大改善材料的烧结性能 ;加入 4 %的SiC可提高材料的物理性能 ;部分合成莫来石的加入可克服红柱石在莫来石化过程中的不足 ,强化材料的组织结构 。

锂辉石与氧化锆对堇青石陶瓷热膨胀率的影响

以粘土、滑石、氧化铝等为原料 ,压制成型后于 1 3 70～ 1 40 0℃烧成 ,合成了堇青石陶瓷。研究了外加 5 %～ 1 0 %的β 锂辉石或氧化锆对堇青石陶瓷热膨胀率的影响。结果表明 ,这两种添加剂均能降低堇青石陶瓷的热膨胀率。XRD分析表明 。

低膨胀率堇青石陶瓷的研究

以粘土、滑石、氧化铝等为原料 ,经 1390～14 0 0℃烧结 ,制备了堇青石陶瓷。使用X射线荧光分析和X射线衍射分析确定了其化学组成和晶相组成 ,并测定了热膨胀率。根据堇青石的晶体结构和烧结机理 ,研究并讨论了陶瓷的化学组成、原料种类和质量对其晶相组成和热膨胀率的影响。

电解锰渣合成堇青石陶瓷及其烧结性能研究

电解锰渣因含大量有毒物质而污染生态和环境。该文采用固相反应法,对锰渣、滑石、工业氧化铝、石英的混合坯块在1 140~1 220℃内进行烧结,研究产物的物相构成、烧结性能和组织结构。结果表明,锰渣的主要矿物相为20.9%石英和29%二水硫酸钙。1 210℃以上烧结才能合成堇青石为主晶相的陶瓷,堇青石呈长条状,形貌发育良好。1 140~1 200℃内随着烧结温度升高,样品的吸水率、气孔率快速减少,而密度和强度急剧增大;在1 200℃时具有2.213 g/cm^3的最大密度和70.6 MPa的最高强度;温度超过1 210℃时,样品因严重"过烧"而导致性能急剧下降。

堇青石陶瓷烧结工艺及机理研究

本文利用DSC、XRD技术,研究了MgO、AlO_3和SiO_2反应烧结制备堇青石陶瓷的机理。结果表明MgO和Al_2O_3在1155℃反应合成镁铝尖晶石(MgAl_2O_4),进而在1317℃长时间保温与SiO_2反应生成堇青石。

Bi_2O_3对堇青石陶瓷的烧结行为、相变和热膨胀性能的影响

采用X射线衍射仪、差热分析仪和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末 (MgO、Al2 O3 和SiO2 )制备堇青石陶瓷时 ,添加Bi2 O3 对堇青石陶瓷相变和性能的影响 ,分析了Bi2 O3 在烧结过程中的作用机理是低温产生液相促进烧结。试验表明 ,Bi2 O3 能明显降低烧结温度 ,在 12 5 0℃烧成 3h后的陶瓷是由α堇青石和少量的 μ堇青石组成。随着Bi2 O3 含量增加 ,陶瓷的致密度和热膨胀系数逐渐升高。Bi2 O3 的添加量 (质量分数 )为 0 .0 4 ,原料相石英消失。Bi-O膨胀系数较Si-O的大和Bi3 + 离子进入堇青石晶格中是引起堇青石陶瓷热膨胀系数升高的主要原因。

脱脂工艺对光固化3D打印堇青石陶瓷性能的影响

光固化3D打印是制造高度复杂结构陶瓷的一种有效方法。打印的样件需要经历脱脂和烧结等热处理才能成为可用的陶瓷件,脱脂工艺对打印件性能影响巨大。本工作通过研究脱脂工艺对DLP光固化3D打印制备的堇青石陶瓷性能的影响规律,建立缺陷抑制策略。比较并分析了脱脂气氛和升温速率对陶瓷样件的表面裂纹和元素分布状态的影响,还对比进一步烧结后样件显微组织、尺寸收缩率、相对密度和弯曲强度等性能。研究发现脱脂气氛对样件各性能影响最大,使用氩气脱脂可显著降低表面裂纹,提高相对密度与弯曲强度;并确定最佳升温速率为1℃/min。最终获得表面完整无裂纹且相对密度为(94.6±0.3)%,弯曲强度为(94.3±3.2) MPa的堇青石陶瓷样件。本研究为光固化3D打印堇青石陶瓷的无缺陷制造与应用提供了科学依据与技术参考。

含钛添加剂对堇青石陶瓷热膨胀性能的影响

以粘土、滑石、氧化铝微粉等为原料 ,于1370～ 14 0 0℃烧成 ,合成了堇青石陶瓷。研究了添加 5 %～ 2 0 %的钛酸铝 (AT )或 5 %～ 15 %的氧化铝(A)与氧化钛 (T)的混合物 (A与T的摩尔比 1∶1)对堇青石陶瓷的相组成及热膨胀率的影响。结果表明 :添加AT或A +T均能有效地降低材料的热膨胀率 ;XRD分析表明 ,在添加 15 %以上AT或添加10 %以上A +T的堇青石试样中形成了莫来石与钛酸铝晶体 ;SEM显微照片表明 ,引入AT或A +T均促进了堇青石的合成。从效果和节约能源考虑 ,应添加 10 %～ 15 %的A +T ,烧成温度为 14 0 0℃左右。

堇青石陶瓷结构及性能研究进展

堇青石陶瓷是常见的低热膨胀陶瓷之一,其化学式为2MgO·2Al_(2)O_(3)·5SiO_(2)。相对于SiC、Al_(2)O_(3)等常见的结构陶瓷,堇青石陶瓷具有较低的热膨胀系数和介电常数,被广泛应用于冶金、汽车、催化、环保以及电子等领域。不同应用领域对于堇青石的性能要求(热膨胀系数、介电常数、力学性能等)不尽相同。为了满足其应用需求,需要对堇青石陶瓷结构及相关性能进行调控,其中,掺杂是最为有效的方式。综述了堇青石陶瓷的制备工艺与应用领域,探讨了元素掺杂对堇青石陶瓷热膨胀性能、微波介电性能和力学性能的影响,以及目前存在的问题,并对未来的发展方向进行了展望。

增硬加强堇青石陶瓷材料的研究

采用粘土、滑石、氧化铝为主要原料合成的堇青石作为基相,加入适量复合添加剂,使堇青石陶瓷材料达到致密烧结,并使其抗折强度和硬度大幅提高。

镁质黏土对碳化硅-堇青石复相陶瓷结构及性能影响

采用烧结法制备碳化硅-堇青石复相陶瓷。利用TG-DTA分析仪确定原料组成的热行为和反应机理,XRD确定晶相组成,SEM观察形貌结构,PCY高温卧式膨胀仪测定热膨胀系数。结果表明,800℃制备的添加镁质黏土复相陶瓷的抗折强度从0.84 MPa提高到1.91 MPa,表明加入镁质黏土能够提高复相陶瓷在烧制过程中的强度;在1300℃烧结温度下,添加镁质黏土试样的抗折强度从37.25 MPa提高到40.61 MPa,气孔率从19%降低到16%,体积密度从1.63 g/cm^(3)提高到1.64 g/cm^(3),热膨胀系数从2.958×10^(-6)℃^(-1)降低到2.789×10^(-6)℃^(-1),表明添加镁质黏土对复相陶瓷性能有所改善,堇青石结晶度更高,致密度更好。

CeO_2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响

为了获得堇青石含量高且具有一定孔隙率的堇青石质耐火材料 ,用 X射线衍射仪、扫描电镜和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末 (Mg O、Al2 O3 和 Si O2 )制备堇青石陶瓷时 ,添加 Ce O2 对堇青石陶瓷相组成和性能的影响 ,分析了 Ce O2 在烧结过程中的作用机理。试验表明 ,在 1370℃烧结 3h,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。随 Ce O2含量增加 ,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。适量添加 Ce O2 (质量分数为 0 .0 2～ 0 .0 4) ,显著降低中间相(方石英、尖晶石 )的含量。Ce O2 的作用主要与改变 Si4+、Al3 +和 Mg2 +离子的扩散有关。这种工艺特别适用于制造窑具。

蜂窝堇青石陶瓷负载的CaZr_4P_6O_(24)涂层的制备及表征

采用溶胶-凝胶法制备了化学组成为CaZr4P6O24(CZP)的溶胶态前驱物,用其涂覆薄壁蜂窝堇青石陶瓷,经过700℃焙烧2h转化为具有低热膨胀特性的结晶态CZP涂层。用X射线衍射和BET(Brunauer-Emmett-Teller)氮吸附法表征了涂层的物相和孔结构,用扫描电镜观察了涂层表面及涂层与基体的界面结合处的形貌,用能量色散光谱仪分析了涂层中的元素分布及含量。结果表明:在蜂窝堇青石陶瓷基体上形成的涂层组成为CZP;表面沉积了19.5%(质量分数)CZP的蜂窝堇青石陶瓷的BET比表面积、孔体积和平均孔径分别为16.4m2/g,0.0225mL/g和2.74nm。CZP涂层与蜂窝堇青石基体的界面结合良好。发动机台架性能试验结果表明:"CZP-蜂窝堇青石"复合载体负载的单钯催化剂表现出与"γ-Al2O3-蜂窝堇青石"负载的单钯催化剂相近的三效转化活性。