基于水氯镁石合成水合硅酸镁及其在镁质浇注料的应用

水氯镁石是一种非常具有应用前景的镁盐资源,其储量丰富,成本低廉。以青海盐湖水氯镁石和水玻璃合成不同MgO/SiO2摩尔比(0.5∶1,1∶1,1.5∶1)的水合硅酸镁(M-S-H)凝胶,采用XRD、SEM、红外和核磁共振等测试手段研究M-S-H的合成机理和结构特征,进而将合成的M-S-H与硅微粉复合制备镁质浇注料,探究M-S-H结构对浇注料结合特性的影响规律。结果表明:不同MgO/SiO2摩尔比的M-S-H呈层状堆叠结构,MgO/SiO2摩尔比为1∶1时M-S-H的层间自由水少,结晶度最高;M-S-H替代部分硅微粉制备镁质浇注料能显著提高1 550℃热处理后浇注料的力学性能,其中MgO/SiO2摩尔比为1∶1的M-S-H复合硅微粉制备的镁质浇注料综合性能最佳,与添加6%(质量分数)硅微粉制备的镁质浇注料相比,其常温抗折强度和高温抗折强度分别提高75%和8%。

一步法氧化改性纳米碳增强芒硝基复合相变材料热性能

以Na_(2)SO_(4)·10H_(2)O和Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O复合物为相变材料,通过浓H_(2) SO_(4)和浓HNO_(3)一步法氧化改性得到多壁碳纳米管和纳米碳粉表层亲水基团结构,以改性亲水纳米碳为添加剂制备改性纳米炭材料/Na_(2) SO_(4)·10H_(2) O复合相变材料。实验结果表明:两种强酸能够有效地在纳米炭材料表面氧化得到亲水性的羧基基团,氧化后碳纳米管和纳米碳粉表面的O元素含量分别增加至7.93%和10.53%(原子分数,下同),富含羧基的纳米炭材料能与芒硝基复合相变材料均匀分散且不发生相分层,添加0.05%、0.1%和0.25%的不同含量氧化后的改性碳纳米材料,相变潜热均大于200 J·g^(-1),导热系数和热扩散系数大幅度提升,制备的相变材料表现出优异的热性能。相变材料经过200次吸放热循环实验后仍能保持较高的相变潜热和较低的相变过冷度,本工作通过一步氧化法成功地制备出热性能优异且稳定的改性纳米炭材料/Na_(2)SO_(4)·10H_(2) O复合相变材料。

改性纳米碳粉芒硝基纳米流体强化传热

本工作以纳米碳粉为原料,浓酸及氨水、乙醇等为改性剂,制备了含有亲水性基团的改性纳米碳粉,并通过两步法制备出纳米碳粉芒硝基纳米流体。结果表明:与未改性纳米碳粉相比,改性纳米碳粉表面均含有亲水性基团,能稳定分散在芒硝基纳米流体中。芒硝基纳米流体温度越低,粘度对体积分数变化的感知能力越强;纳米碳粉体积分数越低,粘度对温度变化的感知能力越弱。40℃下,添加0.25%(体积分数)改性纳米碳粉的芒硝基纳米流体,相比于未添加纳米颗粒的芒硝基相变材料,其导热系数平均增长11.93%。通过H-C模型可知,改性纳米碳粉在芒硝基纳米流体中的分散稳定性优于未改性纳米碳粉。

基于水合硅酸镁结构记忆特性制备低硅镁质浇注料

水合硅酸镁是炼钢连铸过程中间包用镁质浇注料的重要结合相,其含量多少决定着浇注料的强度大小。本工作以Na_(2)SiO_(3)·9H_(2)O和MgCl_(2)·6H_(2)O为原料,采用水热法合成水合硅酸镁(MgO–SiO_(2)–H_(2)O,M–S–H),研究了焙烧温度和焙烧次数对水合硅酸镁的“结构记忆”特性;随后将预合成M–S–H复合硅微粉制备镁质浇注料,研究其对镁质浇注料性能的影响。结果表明:当焙烧温度低于400℃时,水合硅酸镁具有“结构记忆”特性,焙烧次数增加有利于M–S–H凝胶中层间羟基的插入,促进其层状结构晶粒的长大和结构稳定性的提高;在镁质浇注料制备过程中引入一定量的预合成水合硅酸镁和少量的硅微粉,使浇注料具有很好的施工性能和足够的早期结合强度;同时减少了高温热处理后浇注料缺陷形成,提高了材料力学性能,为开发低硅微粉镁质浇注料提供支撑。