论文部分内容阅读
高孔隙率的六铝酸钙泡沫陶瓷具有比表面积大、热膨胀系数低、碱性和还原气氛下稳定性好、高温导热系数低的特点,可广泛地应用于隔热保温、高温过滤和催化剂载体等领域。但由于六铝酸钙晶体自身特性,难以延c轴方向生长,使六铝酸钙晶粒具有片状结构难以烧结致密,导致其自身强度较低,高孔隙率的六铝酸钙泡沫陶瓷制备困难。针对这一问题,本文选取了一种新型的制备高孔隙率泡沫陶瓷的方法——热发泡法,成功制备出了高孔隙率的六铝酸钙泡沫陶瓷。本文首先对合成六铝酸钙的原料和热发泡法所用分散介质进行了设计和选择;在此基础上分别探究了发泡温度、烧成温度以及碳酸钡加入量对六铝酸钙泡沫陶瓷孔结构和性能的影响。通过上述的研究工作,可得出以下结论:(1)氯化钙、氢氧化钙和葡萄糖酸钙作为钙源无法制得生坯。硫酸钙和碳酸钙作为钙源都可以制备出六铝酸钙泡沫陶瓷,最终选取碳酸钙作为热发泡法制备六铝酸钙泡沫陶瓷的钙源。(2)采用α-Al2O3微粉和碳酸钙微粉合成六铝酸钙,制备的六铝酸钙泡沫陶瓷能够成形,具有气孔分布均匀且球形度高的特点,相邻气孔之间通过窗口小孔连通形成了贯通型结构。(3)采用蔗糖和无水葡萄糖作为分散介质,可以合成气孔率高达91.7~97.0%的六铝酸钙泡沫陶瓷,烧后的六铝酸钙泡沫陶瓷是气泡–窗口型的多孔结构,气孔分为两类:一类是球形大孔,另一类是球形大孔孔壁上圆形的类似窗户状的开孔,大孔通过窗口连通。(4)分散液为假塑性流体,粘度随剪切速率的增大而减小。而粘度的大小决定了整个分散体系的发泡性能,较大的粘度有利于生坯气孔的均匀和稳定,蔗糖基六铝酸钙泡沫陶瓷较无水葡萄糖基六铝酸钙泡沫陶瓷性能优良。(5)随着发泡温度的提高,分散液发泡高度升高,试样的气孔率增加,表观密度降低和耐压强度先增大后减小。发泡温度与分散液粘度及常温导热系数变化关系呈反比,高的发泡温度不利于气泡的稳定,低的发泡温度不利于气泡生长。另外,当发泡温度过高,气泡内外压差过大,气泡容易破裂,使得孔壁上开孔数量明显增多,与发泡温度为130℃相比,发泡温度为145℃时所制备的六铝酸钙泡沫陶瓷孔径较大,孔壁上开孔数量明显变多。(6)随着烧成温度由1450℃升高至1600℃,试样的表观密度逐渐升高,从0.13g/cm3提高到0.25g/cm3,线收缩率从19.3%增加至22.6%,耐压强度从0.36MPa增加至0.79MPa,导热系数由0.072W·(m·K)-1增至0.087W·(m·K)-1,平均孔径减小,孔径分布服从单峰分布。(7)原料中外加碳酸钡会改变六铝酸钙晶粒延垂直c轴方向上的生长性,使六铝酸钙晶粒变厚,也会改变分散液的流变性能,使分散液粘度降低,不利于分散液发泡过程中气泡的稳定。随着碳酸钡外加量从1wt%增加到4wt%,试样的表观密度、烧后线收缩率和导热系数都逐渐降低,烧后试样的耐压强度先增大后减小。以碳酸钡外加量2wt%综合性能最佳,表观密度为0.17g/cm3,耐压强度最大为0.59MPa。