莫来石纤维增强氧化物多孔陶瓷及其性能研究

以不同规格的粉煤灰漂珠、长石粉和铝矾土粉为主要原料,引入莫来石纤维为增强相,研究莫来石纤维含量对多孔陶瓷材料性能的影响规律及作用机理。结果表明:高温下长石粉中的低熔相能够降低材料的共晶熔点,将基质间的物理界面结合转变为化学结合。样品经1100℃烧成后,随着莫来石纤维含量的增加,多孔陶瓷的闭口气孔率增加,而常温耐压强度和体积密度呈现先增大后减小的趋势。当莫来石纤维含量为10 wt.%时,材料具有最佳综合性能,其体积密度为(0.74±0.01)g·cm^(−3)、真气孔率为(72.70±0.58)%,常温下耐压强度为(7.30±0.64)MPa。此外,试样在300℃、600℃及900℃下的平均热导率分别为0.202 W·m^(−1)·K^(−1)、0.214 W·m^(−1)·K^(−1)及0.244 W·m^(−1)·K^(−1)。

莫来石-刚玉-镁铝尖晶石复相材料的抗碱侵蚀性能研究

为了提高莫来石-刚玉质匣钵的抗碱侵蚀性能,以煤矸石、工业氧化铝和工业氧化镁为原料,采用二步煅烧法制备了莫来石-刚玉-镁铝尖晶石复相材料,研究了工业氧化镁加入量(加入质量分数分别为1%、2%、3%、4%和5%)对试样物相组成、显微结构及物理性能的影响,并探究了试样抗钠离子电池正极材料的侵蚀机制。结果表明:1)氧化镁可促进莫来石晶体生长和试样烧结致密化,且由于莫来石晶体直接结合及微晶镁铝尖晶石颗粒增韧,所有试样均具有高的常温耐压强度,≥248 MPa;2)以不同形态分布于试样中的镁铝尖晶石可形成物理屏障,阻止Na^(+)渗透,阻隔其与莫来石和刚玉反应,提高试样的抗碱侵蚀性能;3)综合试样的物理性能和抗碱侵蚀性能,工业氧化镁的最佳加入量为4%(w)。

低品位蓝晶石制备锂离子电池窑炉用莫来石轻质隔热材料

为实现对低品位蓝晶石的综合利用,以低品位蓝晶石、α-Al_(2)O_(3)微粉和黏土为主要原料,在10 MPa下机压成型,分别经1450和1500℃保温3 h热处理,通过燃尽物法制备了莫来石轻质隔热材料。研究了黏土加入量(加入质量分数分别为5%、10%、15%、20%)和热处理温度(1450、1500℃)对试样体积密度、显气孔率、常温耐压强度、热导率以及抗锂离子电池正极材料侵蚀性能和显微结构的影响。结果表明:黏土的引入促进了试样的致密化和莫来石化反应,提高了试样体积密度、热导率和强度,添加20%(w)黏土的试样经1450℃烧后物理性能最佳,其体积密度为0.88 g·cm^(-3),常温耐压强度为21.0 MPa,热导率为0.25 W·(m·K)^(-1);当热处理温度为1450℃,黏土加入量为10%(w)时,试样具有较好的抗锂离子电池正极材料侵蚀性能。

建筑废弃物制备莫来石质材料及其性能研究

为实现建筑废弃物的再生循环利用,本研究以建筑废弃物为硅源,以氢氧化铝为铝源,以AlF3为晶须促进剂,制备莫来石质隔热材料。基于建筑废弃物高Si低Al的特征,预先引入Al(OH)_(3)合成莫来石,再根据其相关理化性能,寻找建筑废弃物与Al(OH)_(3)的最佳配比。结果表明,当建筑废弃物与Al(OH)_(3)的质量配比为7:3时于1230℃下煅烧可获得综合性能较佳的试样;试样烧成线收缩率为7.88%,吸水率为13.23%,显气孔率为21.86%,体积密度为1.94 g/cm^(3),抗折强度为31.41 MPa。

莫来石-Ti(C,N)复合材料的制备及其力学性能研究

以TiO_(2)粉、石墨粉、Al/Si/Al_(2)O_(3)复合粉体为原料,在氮气气氛下经1400℃~1600℃保温2 h,采用碳热还原氮化法制备得到莫来石-Ti(C,N)复合材料,研究了烧成温度对复合材料物相组成、微观结构与力学性能的影响。结果表明:经1400℃热处理后,试样的物相组成为Ti(C,N)、SiO_(2)和硅线石。随热处理温度升高至1450℃~1600℃,硅线石消失的同时,试样出现了短柱状莫来石,并与无定形SiO_(2)紧密连接,形成有效的化学结合。当烧成温度为1500℃时,大量开口气孔随颗粒重排、界面移动而消失,材料颗粒间结合较为紧密,气孔数量明显减少,该烧成温度下试样具有最佳综合性能,其体积密度、弹性模量、抗折强度和维氏硬度分别为(3.48±0.02) g·cm-3、(138.5±0.1) GPa、(158.0±0.03) MPa和(21.01±0.01) GPa。

焚烧飞灰水热合成托贝莫来石过程中重金属的固化特性

城市生活垃圾焚烧飞灰的环境安全利用处置已成为当前环境管理部门和行业部门亟待解决的问题。为降低焚烧飞灰中重金属对环境的潜在风险,以水洗飞灰为原料水热合成托贝莫来石,探讨Ca与(Si+Al)的摩尔比[以Ca/(Si+Al)表示]对水热产物的晶相组成、微观形貌和表面官能团的影响,研究水热过程中重金属(Hg、Ni、Pb、Zn和Cr)的浸出浓度、浸出率、液相迁移率、形态分布和环境风险的变化。结果表明:Ca/(Si+Al)对水热产物的类型具有重要影响,Ca/(Si+Al)的增加有利于抑制沸石类结构的生成,促进托贝莫来石的形成。随着托贝莫来石的形成,水热产物中5种重金属的毒性浸出浓度和浸出率逐渐降低,相较于水洗飞灰,在最佳比例为1.10的条件下水热产物中重金属的浸出浓度分别下降99.5%、99.0%、99.4%、88.9%和63.7%,浸出率低至0.25%、0.08%、0.01%、0.01%和2.73%,同时重金属向液相的迁移率仅为1.41%、4.28%、0.29%、0.05%和0%,表明大部分重金属均稳定地存在于固相产物中,而不是迁移至水热液中。这归因于托贝莫来石的形成增加了5种重金属残渣态的占比,降低了重金属的迁移性。风险评价指数(risk assesssment code,RAC)结果显示,最佳比例条件下水热产物中5种重金属的RAC均低于10%,达到环境低风险水平。综上,水热合成托贝莫来石是一种稳定焚烧飞灰中重金属很有前景的方法,为富含重金属的危险废物的安全处置和回收利用提供了一种可行的替代方案。

莫来石晶须加入量对莫来石制品性能的影响

以莫来石、黏土和α-氧化铝微粉为主要原料,分别添加0、1%、2%莫来石晶须,1600℃烧结3 h后制得莫来石制品,研究莫来石晶须加入量对莫来石制品物相组成、显微结构和性能的影响。结果表明:随着莫来石晶须加入量的增加,细小的二次莫来石穿过晶界向莫来石晶须跃迁的几率增加,使莫来石晶须快速长大呈长柱状并交错互锁,提高试样的致密程度和强度,降低试样的热膨胀性和高温蠕变性;确定出莫来石晶须加入量为2%时莫来石制品的各项性能最佳。

莫来石复合耐火材料的应用进展

莫来石具有较高的熔点,较大的硬度,良好的抗热震性、抗侵蚀性、高温力学性能等。莫来石原料多通过烧结法和电熔法合成。综述了以莫来石为原料制备的莫来石复合耐火材料在陶瓷、冶金、航天、军工、水泥、玻璃等领域的研究与应用进展,指出了莫来石在耐火材料应用中的发展趋势。

轻质高强莫来石浇注料的组分优化和性能增强

为积极响应双碳政策,减少工业能源消耗,亟需开发轻质高强耐火材料。以微孔莫来石、莫来石细粉、氧化铝微粉、氧化铝空心球和二氧化硅微粉为原料,水泥为结合剂,制备了轻质莫来石质浇注料,研究了氧化铝空心球加入量(加入质量分数分别为0、3%、6%和9%)对莫来石浇注料性能的影响。结果表明:氧化铝空心球能提高试样的气孔率,并促进氧化铝微粉和二氧化硅微粉生成莫来石相,解决了试样因显气孔率增大而力学性能降低幅度较大的问题。随着氧化铝空心球加入量的增加,试样的显气孔率明显增加,体积密度降低,热导率显著下降,抗热震性提高,强度降低较少。当氧化铝空心球添加量为9%(w)时,试样经1400℃热处理后的显气孔率较高,体积密度和热导率较低,但常温强度仍然较高。

球形纳米莫来石晶须团聚体的制备研究

莫来石晶须作为一种一维无机纳米材料,由于具有优良的化学稳定性和高温稳定性而备受关注。通过喷雾干燥和高温煅烧的方法,制备了具有球形的纳米莫来石晶须团聚体,该团聚体可以提高莫来石粉体的流动性,有利于粉体的输运,有望用于工业领域中。研究通过以含硅铝的工业废弃物作为合成晶须的硅源和部分铝源,添加Al_(2)(SO_(4))·18H_(2)O为铝源,添加一些晶须生长助剂,研究了不同的煅烧温度对晶须形貌的影响。研究结果表明,喷雾干燥造粒后在750℃烧结下合成了纳米尺度的莫来石晶须,晶须以团聚体的形态存在。

三种莫来石对耐火材料抗Na_(2)CO_(3)熔体侵蚀性能的影响

化工废液中K^(+)、Na^(+)等碱离子的渗透及侵蚀是造成耐火材料损毁的主要原因,有效抑制碱液渗透有助于提高热处理设备的使用寿命,而单纯降低气孔率会恶化其热震稳定性。本文研究了Na_(2)CO_(3)熔体对莫来石质耐火材料的润湿、侵蚀及渗透过程,从润湿性的角度探讨不同耐火材料抗碱液渗透的差异。分别以高纯烧结莫来石、电熔莫来石和普通烧结莫来石三种莫来石和红柱石、黏土为原料,通过机压成型、高温烧成制备莫来石质耐火材料。以Na_(2)CO_(3)为碱蚀熔剂,利用静态坩埚法在900℃下进行碱蚀试验,通过X射线衍射仪和扫描电子显微镜等测试方法,对碱蚀前后的坩埚试样进行物相组成及显微结构分析,研究碱熔剂对不同基体的润湿性。结果表明,所有莫来石质耐火材料试样均未发生破坏,表现出较优的抗侵蚀性。各组试样抗Na_(2)CO_(3)熔体渗透的能力不同,高纯烧结莫来石制备的试样具有最优的抗侵蚀和抗渗透能力,而电熔莫来石和普通烧结莫来石试样的抗渗透能力较差,这与Na_(2)CO_(3)熔体对它们的润湿难易程度有关。本试验从高温润湿性角度分析了不同耐火材料之间的抗碱蚀能力差异,为研究和生产具有优良抗侵蚀性能的铝硅系耐火材料提供了新的思路和理论依据。

铝酸盐水泥结合莫来石不定形浇注料耐高温性能研究

采用不同类型的铝酸盐水泥与电熔莫来石制成莫来石不定形耐火浇注料,研究了在不同温度煅烧后的线变化率、显气孔率、体积密度、力学性能及荷重软化温度的变化,采用XRD、SEM及EDS对物相组成及微观形貌进行分析。结果表明,线变化率在不同温度煅烧后均呈收缩的趋势,显气孔率随煅烧温度升高不断增大,体积密度随煅烧温度升高先减小而后增大;莫来石质浇注料经不同高温煅烧后,其抗折强度随温度升高不断提高,抗压强度随温度升高不断降低;使用CA80水泥、CA70水泥制备的耐火浇注料荷重软化温度最高,分别为1462、1442℃。

磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料制备研究

煤矸石是煤炭开采和洗选过程排放的固体废弃物,是我国目前年排放量和累计堆存量最大的工业废渣。煤矸石可用于制备重金属吸附材料,实现以废治废。试验将煤矸石在1200℃温度下烧结制成陶粒,然后将陶粒在不同浓度的硝酸铁溶液中浸渍,分离陶粒并烘干,用管式炉对其进行氢气还原处理,得到磁性Fe_(3)O_(4)/莫来石陶粒复合材料,研究陶粒复合材料的物相、微观形貌、磁性能及密度。结果表明,陶粒负载物的物相组成为Fe_(3)O_(4),作为前驱体溶液,硝酸铁溶液浓度越大,陶粒复合材料磁性越强,证实负载工艺可行。

KH550修饰纳米莫来石对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

目的研究硅烷偶联剂表面修饰纳米莫来石(Mullite)(Al_(2)O_(3)-SiO_(2)体系)作为添加剂,对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响。方法用硅烷偶联剂(KH550)对纳米Mullite表面进行修饰,分别制备质量分数为0.03%的纳米Mullite和KH-mullite的聚脲润滑脂。采用四球摩擦试验机测试纳米Mullite和KH-mullite作为添加剂对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)和三维表面形貌仪观察磨损表面形貌,通过X射线能量色散能谱仪(EDS)分析磨损表面的元素分布,使用X射线光电子能谱(XPS)分析磨损表面润滑膜的元素价态,探究添加剂在聚脲润滑脂中的作用机理。结果经过修饰后,纳米KH-mullite在聚脲润滑脂中的减摩抗磨性能较优,摩擦因数和磨斑直径分别降低了22.4%、15.6%。通过SEM和三维表面轮廓仪观察磨损表面发现,KH-mullite添加剂能够有效降低磨损表面的粗糙度,修复磨损表面。KH-mullite聚脲润滑脂优良的摩擦学性能归功于两点,首先KH-mullite能够沉积并吸附在磨损表面,在起到修复作用的同时促进了润滑膜的形成;其次,KH-mullite能够进入润滑膜中,将摩擦副之间的摩擦方式变为滚动摩擦。结论Mullite和KH-mullite都具有提升聚脲润滑脂润滑性能的作用,经硅烷偶联剂修饰后的KH-mullite在减摩抗磨性能方面表现更优越。

莫来石晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能

莫来石晶须(3Al_(2)O_(3)·2SiO_(2))由于结晶完美,具有良好的性能,如低的热膨胀和导热性,较高的热稳定性,高的抗蠕变和腐蚀稳定性,以及合适的强度和断裂韧性,使其成为需要耐高温和耐腐蚀性能应用的合适材料.探讨晶须增强Al_(2)O_(3)-8YSZ陶瓷涂层的制备和性能.通过莫来石晶须的增韧作用,提高了陶瓷涂层的硬度,对陶瓷涂层的结构具有明显的改善.

莫来石晶须和纳米氧化铝对搪瓷釉性能及显微结构的影响

以基础钛釉、悬浮剂和K_(2)CO_(3)助剂为主要原料制备了搪瓷釉,并研究了莫来石晶须和纳米氧化铝对搪瓷釉性能及显微结构的影响。在测试其维氏硬度和光泽度等性能的同时,也通过XRD、XRF、SEM-EDS等检测手段对搪瓷釉面显微结构进行了表征。结果表明:在820℃下保温30 min,莫来石晶须和纳米氧化铝的含量各为16 wt.%时,试样的维氏硬度分别为6.12 GPa和5.64 GPa,且随着其含量的增加,试样的光泽度均呈现逐渐降低的趋势。

纳米莫来石添加量对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响

将不同质量分数(0.01%,0.03%,0.05%,0.10%,0.40%)的纳米莫来石添加到聚脲润滑脂中,采用四球摩擦试验机评价纳米莫来石的添加量对聚脲润滑脂摩擦学性能的影响,并研究了纳米莫来石的减摩抗磨机理。结果表明:随着聚脲润滑脂中纳米莫来石添加量的增加,摩擦副的稳定摩擦因数和磨痕宽度均呈先减小后增大的趋势,在纳米莫来石质量分数为0.03%时达到最小值,分别为0.0587,0.64 mm,相比于未添加莫来石的基础润滑脂润滑条件下分别降低9.3%和11.1%。添加纳米莫来石的聚脲润滑脂优异的摩擦学性能归因于在摩擦过程中形成了由聚脲润滑脂、含C-O键的化合物、氮氧化物与莫来石组成的润滑膜。莫来石中的SiO_(2)有助于降低接触压力,使摩擦副的摩擦方式向滚动摩擦转变,而Al_(2)O_(3)能够填充摩擦副表面的凹坑与凹陷,促进润滑膜的形成;2种成分所发挥的协同作用使得聚脲润滑脂表现出良好的润滑效果。

工业固废制备莫来石材料的研究进展

为解决大宗工业固废堆积所造成的环境污染问题,概述了工业固废制备莫来石材料的研究现状,对富铝、富硅工业固废制备莫来石材料的研究进行了分析总结,指出目前工业固废制备莫来石材料面临的主要问题,并对其未来发展方向进行了展望。

利用低压电瓷废料和二次铝灰制备莫来石陶瓷基多孔骨料

为找到一种有效且低成本的多孔骨料制备新工艺,同时缓解工业固废对社会、环境和经济产生的压力,以低压电瓷废料和二次铝灰为主要原料,活性炭粉为造孔剂,采用低温烧结法制备了莫来石陶瓷基多孔骨料,研究了二次铝灰加入量(加入质量分数为5%~40%)对试样性能的影响。结果表明:1)随着二次铝灰加入量的增加,试样的容重逐渐降低,而显气孔率逐渐增加,最终两者均趋于稳定,线收缩率先略微增加后降低,室温压缩强度逐渐降低。2)二次铝灰的加入一方面促进了莫来石晶核的形成,并降低了铝硅液相的黏度,从而使内部气体更容易通过液相扩散到材料表面,形成较大的孔隙;另一方面莫来石晶体线生长速率增加伴随的体积膨胀进一步抑制了液相的烧结收缩。室温压缩强度下降与液相黏度降低有关,冷却到室温后骨料表面形成一层铝硅玻璃相涂层,微孔数目降低,大孔隙数目增加,导致孔隙周围应力集中增加。3)当二次铝灰加入量为25%(w)时,试样的综合性能最优。

莫来石晶须/陶瓷纤维增强堇青石质隔热材料

基于改善高温工业使用的堇青石质隔热材料强度较低的问题,以蓝晶石、黏土、氧化镁粉为原料,以小麦淀粉为造孔剂和固化剂,引入适量的硅酸铝陶瓷纤维和MoO_(3),通过MoO_(3)催化莫来石晶须在陶瓷纤维表面的原位形成,制备了具有莫来石晶须/陶瓷纤维互锁多级结构增强的堇青石质隔热材料。研究了硅酸铝陶瓷纤维在MoO_(3)的作用下于不同温度(1200、1250、1300和1350℃)热处理后对材料显微结构、常温力学性能和热导率的影响。结果表明:在MoO_(3)的作用下,莫来石晶须在硅酸铝纤维表面生长,基本呈现垂直趋势,部分穿插于发育良好的堇青石晶粒中;随着热处理温度的升高,硅酸铝陶瓷纤维表面的莫来石晶须由短棒状转变为细长针状,且长径比逐渐增大;这种具有纤维/晶须多级结构的堇青石质材料,其力学性能得以提高的同时热导率也降低,其中1350℃热处理后试样的性能最佳。