国内外绝热保温材料的研究现状分析及发展趋势

绝热保温材料由于具有独特的性能和用途,国内外诸多研究学者对其进行了广泛而深入的研究。概述了绝热保温材料的基本情况,从不同类型出发分析了目前绝热保温材料的研究现状,最后展望了绝热保温材料的发展方向。

烧成工艺制度对石英砂基多孔陶瓷材料孔结构及性能的影响

以节约粘土资源及开发新型节能建筑材料为目的,利用长江沿岸低品位石英砂开发研制多孔陶瓷。研究了烧成工艺对石英砂基多孔陶瓷孔结构及性能的影响,为新型隔热保温材料的开发提供了工艺参考依据。研究结果表明,利用长江沿岸低品位石英砂成功地研制出多孔陶瓷,其密度随烧结温度的升高或保温时间的延长而增大,气孔率则随烧结温度的升高或保温时间的延长而降低。从能耗、成本与性能3方面考虑,石英砂基多孔陶瓷较合理的制备工艺参数为烧结温度1100℃、保温时间60min。

超细石英砂粉体的机械球磨工艺优化研究

利用长江沿岸低品位石英砂开发研制保温隔热砖,研究球磨参数对低品位石英砂粒径的影响,为制备高性能的保温隔热砖奠定原料基础。研究结果表明:随着球磨时间的延长,石英砂粒径减小;随着球磨转速的增加,石英砂粒径逐渐减小;随着球磨机装料量的增加,石英砂的粒径增加;随着球比的增加,石英砂粒径逐渐增加。综合考虑整个工艺过程性价比,确定最佳球磨参数为:球磨时间为60min,球磨转速为300r/min,球磨机装料量为200g/L,大小球质量比值为0.75。

冷喷涂WC-Co涂层的组织结构和性能研究

以微米WC-12Co、纳米WC-17Co和WC-23Co三种团聚烧结粉末为原料,进行冷喷涂沉积涂层实验,通过扫描电镜、X射线衍射仪分别分析了涂层的组织结构和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能。实验表明,三种粉末所沉积的WC-Co涂层均具有致密的组织结构,涂层保持与原始粉末相同的相结构,黏结相Co由于强烈塑性变形发生了同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC硬质相发生了局部流动和再分布。对于纳米WC-Co涂层,随着黏结相含量增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,相对于316L不锈钢,冷喷涂WC-Co涂层表现出了优异的耐磨损性能,涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用。

冷喷多尺度WC-Co金属陶瓷涂层结构与性能研究

以团聚烧结工艺制备的多尺度WC-12Co、WC-10Co-4Cr和WC-17Co粉末为原料,利用冷喷涂沉积多尺度WC-Co金属陶瓷涂层,研究了涂层的组织和相结构,测定了涂层的显微硬度、弹性模量和断裂韧性,并通过销-盘磨损实验测定了涂层的耐磨损性能。结果表明:3种冷喷多尺度WC-Co金属陶瓷涂层组织均比较致密,涂层保持与原始粉末相同的相结构,粘结相Co由于强烈塑性变形发生了部分同素异构转变,涂层组织无传统层状结构,WC颗粒呈现微米、亚微米及纳米多尺度分布特征;随着喷涂粉末中粘结相含量的增加,涂层硬度和弹性模量降低、断裂韧性增加,其磨损失重有所增加;涂层磨损失效机理主要为磨粒对涂层的切削作用。

氧气流量对超音速火焰喷涂TiB_2-40Co涂层组织和性能研究

采用超音速火焰喷涂技术在不同氧气流量条件下制备3种TiB2-40Co涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪研究了涂层的组织和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度,通过水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究涂层的耐熔融铝硅腐蚀性能.结果表明,3种TiB2-40Co涂层具有叠层状结构,No.1涂层最为致密,其孔隙率仅为0.286%;涂层的主要物相为TiB2和Co;显微硬度值分别为697±60 HV0.3、523±86 HV0.3和648±38 HV0.3;No.1涂层具有最好的抗热震性能;经过120 h熔融铝硅腐蚀后发现,3种涂层均具有良好的抗熔融铝硅腐蚀性能,其中No.1涂层试样耐腐蚀性能最好.

黏结相含量对超音速火焰喷涂TiB_2-Ni涂层组织和性能的影响

以机械合金化工艺制备的TiB2-40Ni和TiB2-50Ni粉末为原料,利用超音速火焰喷涂沉积不同TiB2-Ni涂层,采用扫描电镜、X射线衍射仪研究了涂层的组织和相结构,运用压痕法测定了涂层的显微硬度,通过水淬法测试涂层的抗热震性能,并研究涂层的耐熔融铝硅腐蚀性能。结果表明,TiB2-40Ni和TiB2-50Ni涂层致密,孔隙率分别为1.25%和0.12%;涂层的主要物相为TiB2和Ni;显微硬度值分别为(643.5±56.8)HV0.3与(597.9±36.1)HV0.3;涂层均具有较好的抗热震性能,其中以TiB2-50Ni涂层最佳;经过120h熔融铝硅腐蚀后发现,两种涂层均具有良好的抗熔融铝硅腐蚀性能,TiB2-50Ni涂层试样具有最好的耐腐蚀性能。

球磨法制备超细碳化硅粉体

以低品位碳化硅粗粉为原料,通过球磨工艺制备高性能超细碳化硅粉体,研究球磨时间、球料质量比、转速等球磨参数对碳化硅粉体微观结构及性能的影响。结果表明:随着球磨时间、球料质量比、转速的增加,碳化硅粉体的粒度逐渐减小,粉体振实密度不断减小,但是碳化硅粉体形成的圆锥高度逐渐增大,即碳化硅粉体的流动性逐渐变差;随着球磨时间的延长,X射线衍射强度减小,衍射峰宽化显著增加,说明通过球磨细化了碳化硅的晶粒度;最佳球磨参数是转速为200 r/min,球料质量比为10,球磨时间为40 h。

不同尺度碳化物粉末冷喷沉积WC-17%Co涂层的组织及性能

采用团聚烧结和机械混合工艺制备的4种纳米与微米碳化物比例的WC-17%Co粉末,运用冷喷涂进行涂层定点沉积试验,通过扫描电镜和X-射线衍射分别分析了涂层的组织结构和相结构,并测定了涂层的显微硬度和磨粒磨损失重量.结果表明,4种碳化物尺度粉末沉积涂层具有致密的组织结构,喷涂态涂层保持与原始粉末相同的相结构,涂层显微硬度随碳化物尺度在12 897～15 925 MPa范围变化,粉末中纳米碳化物与微米碳化物颗粒重量比为50∶50时,沉积涂层具有较好的磨粒磨损性能.涂层磨损表面分析表明,涂层的磨损行为表现为涂层的磨粒磨损失重量在2.67～5.53 mg范围变化.

粉末结构对HVOF金属陶瓷涂层腐蚀冲蚀磨损性能的影响

采用3种不同NiCr粘结相含量和两种不同尺度WC颗粒的金属陶瓷粉末,运用超音速火焰喷涂(HVOF)方法制备了Cr3 C2-NiCr、WC-12%Co涂层,在5%H2 SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下,运用腐蚀冲蚀磨损试验机测定了涂层在45°冲蚀角下的失重量变化规律,研究了喷涂粉末NiCr含量和WC颗粒尺度对所沉积金属陶瓷涂层耐腐蚀冲蚀磨损性能的影响。结果表明,HVOF喷涂Cr3C2-NiCr、WC-12%Co涂层在5%H2SO4、15%棕刚玉和水混合介质条件下的腐蚀冲蚀率均低于低碳钢,并且Cr3 C2-NiCr涂层的抗腐蚀冲蚀性能要优于WC-12%Co涂层。Cr3 C2-40%NiCr和Cr3 C2-25%NiCr涂层其腐蚀冲蚀率低于Cr3 C2-10%NiCr涂层,与纳米尺度WC颗粒相比,微米尺度WC颗粒所制备的WC-12%Co涂层的抗腐蚀冲蚀性能较好。

烧结温度对YAG多孔陶瓷结构演化及力学性能的影响研究

钇铝石榴石(YAG)具有许多优异的性能,被广泛研究和应用。采用真空烧结制备YAG多孔陶瓷,分析结果表明:在1 500℃烧结的YAG多孔陶瓷微孔结构均匀规整,孔径约为5μm,晶粒形貌呈规则颗粒状,断裂形式为沿晶断裂;1 550℃烧结的多孔陶瓷,微孔结构均匀规整,孔径处于2～5μm之间,晶体呈棒状或针状结构,断裂形式为沿晶断裂和穿晶断裂并存;1 600℃烧结的陶瓷,晶粒长成片状结构,孔结构基本消失,断裂形式为穿晶断裂。随着真空烧结温度的升高,不但YAG多孔陶瓷的孔结构逐渐消失,而且能耗越来越多;结合孔隙度、力学性能与能耗之间的性价比综合考虑,确定YAG多孔陶瓷的烧结温度为1 550℃。

氧化温度对ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷表面组成的影响

二硼化锆具有许多优异性能,因此它的应用非常广泛。研究氧化温度对ZrB2-YAG-Al2O3复相陶瓷的表面组成及表面显微结构的影响。结果表明:从1 000～1 100℃和1 200～1 300℃的氧化增重率趋势较大,而在1 100～1 200℃的温度范围增重率很缓慢。在氧化温度低于1 200℃,氧化后的复相陶瓷中有ZrO2和B2O3生成,表面显微结构较为致密,而在1 300℃氧化温度以上,可以生成All8B4O33,表面显微结构疏松。

球磨工艺对低品位石英砂细化效果的影响

以节约粘土资源及开发新型建筑材料为目的,利用长江沿岸低品位石英砂开发研制保温隔热砖。研究了球磨工艺对低品位石英砂细化效果的影响,为制备高性能保温隔热砖奠定了原料基础。结果表明,随着球磨时间的延长,石英砂粉体平均粒径逐渐减小,粒度分布逐渐变窄;随着球磨转速的增加,石英砂粉体平均粒径逐渐减小,粒度分布逐渐变窄;随着球磨装料量的增多,石英砂平均粒径逐渐变大,粒度分布逐渐变宽。综合整个工艺和性能考虑,确定石英砂球磨工艺为球磨时间60min、球磨转速300r/min、球磨机装料量200g/L。

合成条件对YAG粉体粒径及显微形貌的影响

为了制备高性能YAG陶瓷,必须获得高性能的YAG粉体。利用共沉淀法在pH=9、滴定速度为10 mL/min和反应时间为60 min的条件下制备YAG前驱体,在1 100℃煅烧后,通过XRD和SEM分析,可获得纯的YAG粉体。研究结果表明,随着pH值升高,YAG粉体平均粒度增大,分布范围变宽,颗粒形状越来越不规则。随着滴定速度增加,粉体平均粒度、粒度分布范围都增大。反应时间越短,YAG颗粒越分散、细小,粒度大小越不均一,颗粒形状越远离球形。

壳核式Al_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体的放电等离子烧结行为研究

ZrB2具有优良的物理特性和化学稳定性而应用于许多领域,但是ZrB2难以烧结致密和在高温条件下容易被氧化。为了充分发挥ZrB2的优点,改善ZrB2的缺点,本文采用共沉淀法制备壳核式Al2O3-Y2O3/ZrB2复合粉体,通过放电等离子烧结法制备高致密的ZrB2-YAG陶瓷。在相同实验条件下得到的纯ZrB2陶瓷的相对密度都很低,在85%以下。通过此种方法加入少量YAG后,烧结密度得到明显提高,随YAG添加量的增加相对密度增加。添加量超过30wt%后,可以达到几乎完全致密的ZrB2-YAG陶瓷。

ZrB_2-Si_3N_4高温复相陶瓷的制备及抗氧化机理研究

由于ZrB_2具有极高的熔点、强度、硬度和导电率等许多优异性能,因而其应用领域非常广泛。研究了ZrB_2-Si_3N_4复相陶瓷的制备和高温下的氧化机理。结果表明,在1700℃、15MPa、2h烧结条件下制备的ZrB_2-20%Si_3N_4复相陶瓷的致密度为98%左右。ZrB_2-Si_3N_4复相陶瓷在高温氧化时生成了SiO_2,并且SiO_2液相容易在复相陶瓷表面富集形成一层保护膜,有望提高陶瓷在更高氧化温度下的抗氧化性能。

热处理温度对YAG粉体及其多孔陶瓷合成的影响

采用共沉淀法合成的钇铝石榴石(YAG)粉体真空烧结制备多孔陶瓷,通过分析讨论表明,YAG前驱体中绝大部分吸附水蒸发以及绝大部分Al(OH)3和Y(OH)3的分解分别转变成Al2O3和Y2O3失去离子水而产生的失重出现在600℃以下完成。YAG前驱体在1100℃下煅烧后,大量YAG晶相已经形成,而且具有完整的晶型。升高煅烧温度对晶粒尺寸和晶粒形貌的影响显著,也说明YAG粉体颗粒粒径和形貌对最终煅烧温度非常敏感。采用真空烧结技术,成功制备了孔结构均匀规整,大部分微孔径处于5μm左右,且外形保持良好的YAG多孔陶瓷,综合考虑性价比,确定YAG多孔陶瓷的烧结温度为1500℃较为适宜。

ZrB_2-YAG-Al_2O_3复相陶瓷的抗氧化性能

通过共沉淀法获得包覆式Al_2O_3-Y_2O_3/ZrB_2复合粉体,对其进行放电等离子烧结制备相应的复相陶瓷,并对不同YAG(钇铝石榴石)、Al_2O_3含量的复相陶瓷进行了氧化试验,用SEM、XRD和电子探针等研究了YAG、Al_2O_3对ZrB_2陶瓷抗氧化性的影响。结果表明:制备的各种复相陶瓷和纯ZrB_2陶瓷相比,在相同氧化条件下表面的氧化层厚度都有所变薄,YAG、Al_2O_3的加入可以改善ZrB_2陶瓷的抗氧化性能;在相同氧化条件下,Al_2O_3含量越多,氧化层厚度越小;在高温条件下,复相陶瓷氧化层中均存在ZrO_2、B_2O_3和Al_(18)B_4O_(33)相,Al_2O_3含量越多,Al_(18)B_4O_(33)相也越多。

球磨时间对石英砂粉体性能的影响

为有效利用长江沿岸低品位石英砂来开发研制高性能的保温隔热砖,利用球磨法研究球磨时间对低品位石英砂粉体性能的影响。结果表明:随着球磨时间的延长,石英砂的平均粒径逐渐减小,粉体振实密度总趋势不断减小,但石英砂粉体形成的圆锥高度逐渐增大,即随着球磨时间的延长,石英砂粉体的流动性逐渐变差。综合整个工艺考虑,球磨时间定为60 min较好。

新型石英砂免烧多孔砖的工艺优化研究

利用长江沿岸低品位石英砂制备保温隔热砖,研究砖体的孔结构控制机理。结果表明,通过工艺优化,采用石英砂60%,水泥39%,发泡剂1%,水料比1.1,可以制得密度为0.628g/cm3,气孔率为74.6%,抗压强度为1.9MPa的石英砂免烧多孔砖。