我國(guó)作為陶瓷生產(chǎn)大國(guó),消耗了大量的粘土資源,導(dǎo)致粘土資源儲(chǔ)量急劇下降,同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了巨大的破壞。為了解決陶瓷工業(yè)發(fā)展面臨的原料問題,本文提出了利用主要成分為二氧化硅的沙漠風(fēng)積沙取代常見粘土原料,通過粉末燒結(jié)法合成堇青石陶瓷,并加入氧化釔、氧化釹燒結(jié)助劑改善堇青石陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。以儲(chǔ)量豐富的沙漠風(fēng)積沙為原料來(lái)制備陶瓷,對(duì)于陶瓷綠色生產(chǎn)、節(jié)約礦物資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。粉末燒結(jié)法是目前最常見的陶瓷制備方法,但利用高純?cè)现苽漭狼嗍沾傻臒Y(jié)性能較差,表現(xiàn)為燒結(jié)溫度高,堇青石含量低,成品孔隙率高。通過添加合適的燒結(jié)助劑可以改善堇青石陶瓷的燒結(jié)性能,降低燒結(jié)溫度,增大瓷體致密度與機(jī)械強(qiáng)度。本文先對(duì)堇青石陶瓷的成分及燒結(jié)工藝進(jìn)行了研究,然后研究了稀土氧化物對(duì)陶瓷相轉(zhuǎn)變、微觀組織、孔隙率、彎曲強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)的影響。風(fēng)積沙中的低熔點(diǎn)雜質(zhì)成分在高溫時(shí)易形成液相,Al~(3+)和Mg~(2+)的擴(kuò)散速度更快,有利于提高堇青石的擴(kuò)散形核速率。Y_2O_3的適量加入可以顯著促進(jìn)中間相向堇青石相的轉(zhuǎn)變,當(dāng)Y_2O_3添加量為4 wt%時(shí),堇青石的形成溫度最低。當(dāng)在1300℃保溫4小時(shí),Y_2O_3含量達(dá)到6 wt%時(shí),陶瓷由α-堇青石組成,基體中只殘留少量玻璃相。Y_2O_3的添加使得陶瓷玻璃相增加,開口孔逐漸向閉口孔轉(zhuǎn)變,陶瓷致密度增加。隨著Y_2O_3含量的增加,Y~(3+)主要富集于液相,在堇青石晶體中的固溶度并不高,對(duì)陶瓷整體的熱膨脹系數(shù)增加幅度不大。隨著Y_2O_3含量的增加,陶瓷的彎曲強(qiáng)度增加,并在添加量為10 wt%時(shí)達(dá)到最大值。Nd_2O_3作為燒結(jié)助劑,具有促進(jìn)堇青石的形成作用。Nd_2O_3含量為6 wt%時(shí),堇青石的形成溫度最低。在1300℃保溫4小時(shí),中間相幾乎全部消失,堇青石的生成量最高。隨著Nd_2O_3含量的逐漸增加,陶瓷氣孔逐漸減少,致密度增加。陶瓷的彎曲強(qiáng)度隨著Nd~(3+)含量的增加而增加,熱膨脹量隨Nd_2O_3含量的增加大致呈線性增加,但增加量不大。通過對(duì)比,發(fā)現(xiàn)Na_2B_4O_7對(duì)堇青石形成的促進(jìn)作用不如Y_2O_3大,添加Na_2B_4O_7形成的液相燒結(jié)也不能有效地促進(jìn)中間相尖晶石分解,但Na_2B_4O_7形成液相的能力更大,對(duì)陶瓷致密度有著更好的促進(jìn)作用。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.1
【部分圖文】：

圖 1-1 α-堇青石晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-1 Structure of α-cordierite crystal堇青石晶體沿 a 軸和 c 軸的熱膨脹系數(shù)分別為 2.5×10-6/℃和-0.9×10-6/℃，平均值1.0)×10-6/℃[24]。但實(shí)際堇青石陶瓷由于雜質(zhì)元素存在，測(cè)得的熱膨脹系數(shù)高于。表 1-1 為幾種陶瓷的熱膨脹性能比較。表 1-1 幾種陶瓷和堇青石陶瓷的物理性能[25]Table 1-1 Physical properties of several ceramic and cordierite ceramics物理性能 氧化鋁 莫來(lái)石 堇青石熱膨脹系數(shù)α (×10-6/℃) 8.1 5.0 1.5介電常數(shù)ε (25℃) 9.5 6.6 5.0彎曲強(qiáng)度σbb(MPa) 350 270 245

利用球磨機(jī)加水濕磨，然后對(duì)烘干的粉料進(jìn)行壓力成型，最后在燒結(jié)爐中以不同溫度進(jìn)行燒結(jié)，具體工藝如圖2-1 所示。圖 2-1 陶瓷制備工藝流程Fig. 2-1 Preparation process of ceramic2.1.1 球磨物料粉碎的方式有多種，包括：機(jī)械沖擊式粉碎、滾筒球磨、行星式球磨、振動(dòng)粉碎、氣流粉碎等，其中行星式球磨是一種經(jīng)濟(jì)、高能、高效的研磨方式。行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)盤上裝有四個(gè)尼龍球磨罐。在控制器中設(shè)定好轉(zhuǎn)速（公轉(zhuǎn)：30 r/min）后，球磨罐圍繞轉(zhuǎn)盤軸心做高速公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)每個(gè)球磨罐本身做高速自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，最終罐體中的物料在磨球的高速作用下被混勻和研磨。與其它研磨方式相比較，行星式球磨具有以下特點(diǎn)：1. 出料粒度較小，最小可達(dá)到 0.5 μm。2. 球磨罐轉(zhuǎn)速快，研磨時(shí)間短，效率高。3. 密封效果好，取樣方便，安全性高，無(wú)污染與損耗。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將配制好的物料放入 QM-ISP2-CL 行星式球磨機(jī)，經(jīng)編號(hào)后進(jìn)行球磨，球磨參數(shù)為：物料/氧化鋯磨球/水=1/3/1，球磨時(shí)間 5 h。出料時(shí)

圖 2-2 平均粒度Fig. 2-2 The average particle size2 干燥助熱能使物料脫水的過程稱為干燥。物料中的水分按照結(jié)合方式可分為、吸附水及化學(xué)結(jié)合水。自由水（機(jī)械結(jié)合水）是物料直接與水接觸而很容易被排除，但極易引起坯體體積收縮。吸附水是物料中的顆粒表面水分形成的，排除后坯體體積幾乎不產(chǎn)生收縮�；瘜W(xué)結(jié)合水是指以原子形式包裹在礦物原料分子結(jié)構(gòu)中的水分，如結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水。由于水分，不易被排除，一般排除結(jié)構(gòu)水需要 400~600°C 的溫度。驗(yàn)時(shí)，將球磨好的漿料灌入搪瓷杯，編號(hào)后放入干燥箱中進(jìn)行干燥。干為 100°C，干燥時(shí)間為 24 h。3 粉碎
【參考文獻(xiàn)】

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1 任曉輝;;“高嶺土-滑石-氧化鋁”系統(tǒng)合成堇青石研究[J];現(xiàn)代技術(shù)陶瓷;2013年03期

2 段滿珍;楊立榮;黃轉(zhuǎn)紅;;合成堇青石材料的燒成制度研究[J];耐火材料;2011年04期

3 田久英;盧菊生;吳宏;;添加劑聚乙二醇對(duì)堇青石蜂窩陶瓷載體γ-Al_2O_3涂層性能的影響[J];高�；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào);2010年01期

4 楊道媛;朱凱;毋娟;陳德良;張銳;;降低堇青石材料熱膨脹系數(shù)的途徑[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年S1期

5 江偉輝;余琴仙;苗立鋒;包鎮(zhèn)紅;;不同原料及合成溫度對(duì)合成堇青石膨脹系數(shù)的影響[J];陶瓷學(xué)報(bào);2009年03期

6 曾令可;李得家;劉艷春;王慧;程小蘇;劉平安;稅安澤;;片狀結(jié)構(gòu)堇青石粉體制備的研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2009年01期

7 李得家;曾令可;劉艷春;稅安澤;王慧;程小蘇;劉平安;;降低蜂窩陶瓷用堇青石熱膨脹系數(shù)的途徑[J];中國(guó)陶瓷;2008年03期

8 劉靖軒;薛群虎;周永生;屈啟龍;;添加劑對(duì)堇青石合成溫度及熱膨脹系數(shù)的影響[J];中國(guó)陶瓷工業(yè);2007年03期

9 白佳海;;碳化硅-堇青石多孔陶瓷的制備及其性能[J];耐火材料;2006年04期

10 白佳海,郭露村;超低熱膨脹堇青石質(zhì)蜂窩陶瓷[J];中國(guó)陶瓷工業(yè);2004年04期

本文編號(hào)：2847623