由于其優(yōu)異的三維氧化物網絡結構,地質聚合物具有優(yōu)異的力學和熱學性能,但是其脆性大、可靠性差等缺點限制了地質聚合物在工業(yè)建筑等方面的應用。而利用多種增強相制備地質聚合物復合材料是解決這一問題的有效途徑。另一方面,地質聚合物經高溫熱處理后會生成具有致密結構且力學性能更好的陶瓷材料。熔鹽法是近幾年來廣受關注的一種制備陶瓷粉體的合成方法,其優(yōu)勢在于能降低合成溫度,同時制備得到的材料具有特定的形貌。因此,本文中決定采用熔鹽法來合成鉀基地質聚合物(KGP)陶瓷以及莫來石纖維氈/KGP陶瓷復合材料。本文中以偏高嶺土、KOH和納米SiO_2為原料制備了KGP,并且利用莫來石纖維氈作為增強相制備了莫來石纖維氈/KGP復合材料。采用熔鹽法在高溫下熱處理KGP及其復合材料,得到KGP陶瓷及莫來石纖維氈增強KGP陶瓷復合材料。采用X射線衍射儀、電子掃描顯微鏡、熱膨脹分析、導熱系數分析等測試手段,系統(tǒng)的研究了在KCl作為熔鹽的條件下高溫熱處理對KGP及其復合材料的物相組織,顯微形貌,力學性能以及熱學性能的影響。為了表征熔鹽法對陶瓷化的促進作用,還采用傳統(tǒng)無熔鹽燒結法制備了KGP陶瓷。熔鹽陶瓷化的研究表明,KCl熔鹽作為液相促進劑,KGP在800℃下即可生成具有晶體結構的陶瓷材料,當Si/Al=2時,生成白榴石,當Si/Al=1時,生成鉀霞石。而且隨著溫度的上升,陶瓷化反應加劇,直至生成發(fā)育完整的晶體,產物的力學性能大幅度提升。與傳統(tǒng)燒結法制備的樣品相比,熔鹽法得到的產物結構更加致密,而且在燒結致密化的階段表現出了最大的收縮值,抗壓強度和導熱系數也有明顯的提升。與未經高溫熱處理的KGP材料相比,陶瓷化后的產物的性能有了質的提升。與鉀霞石相比,白榴石的力學性能以及導熱系數均較好,因此本課題組主要研究白榴石基復合材料的力學和熱學性能。深入分析了熔鹽法促進KGP陶瓷化的機理以及白榴石生成的化學機理。莫來石纖維氈/KGP復合材料在經一定高溫熱處理后可直接轉變?yōu)槟獊硎w維氈/白榴石陶瓷復合材料。在熔鹽法條件下,反應物在KCl液相促進劑作用下,能更好的生成陶瓷基復合材料。纖維氈的增韌可明顯改善復合材料的彎曲性能,900℃保溫8h的莫來石纖維氈/KGP復合材料,其彎曲強度可達142.3MPa。另一方面,其熱學性能如熱膨脹系數、導熱系數也隨著保溫時間的增加不斷變化,隨著陶瓷產物的晶化加劇,纖維氈與基體之間的連接更加穩(wěn)定,復合材料的熱膨脹系數不斷變大,而且其導熱系數也呈上升趨勢,當保溫時間達到8h時,其導熱系數能達到0.67w·m~(-1)·k~(-1)。
【學位單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TQ317
【部分圖文】：

第一章 緒論料 在化學組成方面地質聚合物上與沸石比較相似，但它屬于一種無定型凝膠體材料[5] 地質聚合物的結構表達式基本上可表示為：Mn{-(SiO2)z-AlO2}n·wH2O 其中，z值代表硅與鋁的比值，一般情況下為 1，2 和 3，也有大于 3 的情況，但相對較少；M代表的是堿金屬陽離子，現階段鉀和鈉研究的較多；n 表示的是聚合度，w 代表的是化學結合水的數量 Davidovits 教授等人[6]對地質聚合物材料的內部結構做了詳細的研究，他認為由于 z 值的不同地質聚合物的鏈結構基本上可以分為 3 種類型：當硅鋁比為 1 時為硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽（PS）；當硅鋁比為 2 時為雙硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽-硅氧（PPS）；當硅鋁比為 3 時為三硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽-二硅氧（PSOS），具體結構如圖 1.1

均有顯著提高 這主要是因為高溫陶瓷化后的材料結構更加致密，碳纖維面結合隨著溫度的上升增強，同時纖維保持較好的完整性 Li等人[66]通過用聚乙烯醇纖維作為增強相制備的地質聚合物材料獲得了較優(yōu)異的抗彎能 鹽法鹽法是近幾年出現的一種新型的制備無機材料的方法，因為熔鹽作為助熔熔劑法，主要原理是將反應物作為前驅體在較高溫度下溶解在熔鹽中，形然后再通過緩慢的降溫或者將溶劑蒸發(fā)，形成過飽和的溶液，從而析出晶可知，熔鹽為產物的合成提供了流動的液相環(huán)境，是一種可以較低的反應的反應時間內制備所需材料的一種新型方法[68,69] 在熔鹽法中，由于選用屬于熔融狀態(tài)，因此在整個反應中過程中起到了液相促進劑和優(yōu)良的反應熔鹽法的合成機理如圖 1.2 所示

圖 2.2 偏高嶺土的 SEM 圖Figure 2.2 The SEM picture of metakaolin計及制備聚合物的制備制備的鉀基地質聚合物（KGP）的成分主要采用課題組K/Al=1，以及 Si:Al:K=1 同時，根據之前的研究可知[制備的 KGP 陶瓷化的產物主要是白榴石，當 Si/Al=1 二者均具有優(yōu)異的力學和熱學性能 KGP 的制備基本流程圖如圖 2.3 所示 時將計量的 KOH，蒸餾水混合制備得到濃度為 10mo所得的定量的納米 SiO2粉體，磁力攪拌 24h 直至完全溶液 其次，將煅燒得到的偏高嶺土粉體與硅酸鉀溶液

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 宋學麗;;材料科學發(fā)展與人類社會進步[J];內蒙古科技與經濟;2011年14期

2 何培剛;林鐵松;王美榮;賈德昌;;高溫處理對單向碳纖維增強無機聚合物復合材料力學性能的影響[J];硅酸鹽通報;2010年02期

3 侯云芬;王棟民;周文娟;路宏波;王林;;粉煤灰基礦物聚合物耐熱性和耐酸性研究[J];粉煤灰綜合利用;2008年03期

4 李月明;黃丹;廖潤華;王進松;;熔鹽法合成晶體的研究現狀與進展[J];陶瓷學報;2008年02期

5 蘇玉柱;楊靜;馬鴻文;聶軼苗;李如臣;;利用粉煤灰制備高強礦物聚合材料的實驗研究[J];現代地質;2006年02期

6 聶軼苗;馬鴻文;楊靜;蘇玉柱;李如臣;高飛;;礦物聚合材料固化過程中的聚合反應機理研究[J];現代地質;2006年02期

7 李雪冬;朱伯銓;;熔鹽法合成氧化物陶瓷粉體的研究進展[J];中國陶瓷;2006年03期

8 段瑜芳;王培銘;楊克銳;;堿激發(fā)偏高嶺土膠凝材料水化硬化機理的研究[J];新型建筑材料;2006年01期

9 李化建;孫恒虎;肖雪軍;;煤矸石質硅鋁基膠凝材料的試驗研究[J];煤炭學報;2005年06期

10 蘇達根,朱錦輝,周新濤;礦物鍵合材料研究進展[J];廣州化工;2005年05期

相關博士學位論文 前2條

1 何培剛;C_f/鋁硅酸鹽聚合物及其轉化陶瓷基復合材料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2011年

2 張鵬宇;熔鹽法制備一維莫來石陶瓷材料的研究[D];天津大學;2010年

相關碩士學位論文 前1條

1 李海宏;地質聚合物的制備及機理研究[D];西安建筑科技大學;2007年

本文編號：2826500