王铁军[1]2003年在《莫来石—堇青石复相耐火材料的制备及机理研究》文中研究指明我国有丰富的耐火原料资源,其中蓝晶石是一种正被开发利用的重要资源。本文主要研究用蓝晶石为原料制作莫来石-堇青石耐高温材料,并初步探讨了莫来石-堇青石材质的组成、结构与性能之间的关系,目的在于研制一种高性能的耐火窑具(如钵体)材料,以应用于实际陶瓷工业生产中。本论文中以50wt%蓝晶石生料用量,5wt%左右的紫木节作为结合粘土,制配出莫来石-堇青石分别为7:3及3:7的基质,然后复合50wt%的山东焦宝石作为骨料,进行了一系列多个配方、多个烧成温度的试验。通过本项目的研究可知:利用天然原料蓝晶石可以合成性能优良的莫来石-堇青石复相耐火材料。其中MgO(以烧滑石,镁砂形式引入)引入,改善了试样的烧成性能,在烧成温度为1300℃和1350℃液相烧结时,产生的烧结收缩大于蓝晶石莫来石化而产生的体积膨胀效应。通过对烧结后材料的显微结构分析,配方1、2、3、5抗折强度较高的原因是由于这几种配方的材料显微结构较致密,颗粒分布均匀,柱状莫来石均匀分布并且呈网状结构,这就使材料的断裂包含穿晶和沿晶两种形式,因此材料的抗折强度较高;对配方2、6、8来说,从显微结构上看,材料的断裂为穿晶断裂,断裂面不光滑,呈贝壳状,这说明材料中晶界发育比较好,具有较高的强度。当有外力作用时,裂纹的扩展不在晶界中进行,而是穿过晶粒内部造成断裂,这样材料就具有较高的强度。本实验的结果表明:粉料的颗粒级配对天然原料蓝晶石生产有很重要的影响。本实验中,由于颗粒级配和原料产地不同,所得的实验结果出现较大差异。另外,在本论文中,进一步分析了原料添加剂和温度对材料性能的影响。对添加剂作用的初步研究证明:适量的添加剂(CaO、TiO_2、Fe_2O_3、R_2O)能与原料的主晶相形成固溶体,使主晶相中缺陷浓度增大,粒子扩散速度加快,促进了固相发应和烧结的进行。对堇青石的形成有利。但原料添加剂存在一个最佳的范围,添加剂含量过高,会导致玻璃相含量的增加,导致热稳定性的降低。最佳的控制范围为CaO<2.0wt%、TiO_2<2.0wt%,最好不要存在Fe_2O_3,尽量控制R_2O量。
沈阳[2]2005年在《以铝型材厂污泥为原料合成莫来石/堇青石复相材料及其应用》文中研究表明莫来石/堇青石窑具是一种新型耐火窑具材料,广泛应用于各种陶瓷制品的生产。该窑具国内外现有制造方法:第一步以工业氧化铝为主原料,分别合成莫来石和堇青石材料,第二步用不同比例莫来石和堇青石合成料研制窑具材料。本研究是以铝型材厂工业污泥为主原料,一次性合成莫来石/堇青石复相材料,再以合成料研制窑具。因此本方法与现有方法相比,一方面具有原料、技术和工艺上的创新,另一方面具有重要的环保意义。本研究采用XRD(philips.X′pert-MPD X射线衍射仪)和SEM法(philips.XL3DE SEM的扫描电镜)分析确定各试样的晶相结构和显微结构; 采用Rietveld Quantification法确定各试样的晶相含量; 用Philips X pert plus软件确定不同试样中各晶相结构与晶胞参数; 采用轻工部标准测定窑具的性能。以德国莫来石/堇青石窑具材料的组成(莫来石含量和堇青石含量各占50%左右)为基础,配制不同合成料配方,探讨不同配方、不同合成温度和不同保温时间对各试样晶相结构和显微结构的影响,确定最佳合成料配方。探讨以最佳合成料研制窑具材料的性能,确定最佳窑具材料的配方和工艺控制条件。经XRD分析结果,不同配方合成料中最多形成叁个晶相:莫来石、堇青石和镁铝尖晶石。分析确定最佳配方为D号(铝厂污泥48%、粘土36%、滑石16%),其合成料中莫来石含量和堇青石含量各占50%左右,达到德国窑具材料的组成; 最佳合成温度为1350℃,最佳保温时间为2小时。增加配方中污泥含量(主要含Al2O3)和降低滑石含量(主要含MgO)的研究,目的是提高合成料中莫来石/堇青石两晶相的比值,从而提高窑具的使用温度。探讨不同配方、不同合成温度对合成料晶相结构的影响,XRD分析结果:1350℃合成料各试样形成四个晶相(莫来石、堇青石、镁铝尖晶石和α—Al2O3); 1370℃合成料各试样只形成两个晶相(莫来石和堇青石); 1390℃合成料各试样形成四个晶相(莫来石、堇青石、镁铝尖晶石和α—Al2O3); 1410℃合成料各试样形成五个晶相(莫来石、堇青石、镁铝尖晶石、α—Al2O3和SiO2)。分析结果确定1370℃合成料为最佳的合成料。以1370℃、1390℃和1410℃合成料为原料研制窑具材料,探讨不同配方和烧结温度对窑具材料性能的影响。分析结果确定1370℃合成料研制窑具材料最佳配方为3#,最佳烧结温度为1370℃; 1390℃合成料研制窑具材料最佳配方为1#,最佳烧结温度为1370℃; 1410℃合成料研制窑具材料最佳配方为1#,最佳烧结温度为1390℃; 添加CaO矿化剂和长石,目的是促进窑具的烧结,提高窑具的强度。分析结果确定最佳CaO添加为1.0%和最佳长石含量为2.0%。
张锋意[3]2011年在《太阳能热发电输热管道材料的研究》文中指出目前,塔式太阳能热发电系统中热流的输送主要采用合金钢管道,由于合金钢管道不耐高温,且在高温条件下耐腐蚀性差,因此开发新的输热管道材料至关重要。本文基于太阳能塔式热发电的需要,研究了莫来石-堇青石复相陶瓷、Mg-Al-Si系Al2O3基复相陶瓷及Ca-Mg-Al-Si系Al2O3基复相陶瓷等3种材料,开发了用于太阳能热发电输热管道的高温强度大、抗热震性好的堇青石-莫来石复相陶瓷材料及Al2O3基复相陶瓷材料。采用现代测试技术,研究了样品组成、制备工艺、显微结构与性能的关系,探讨了抗热震机理。以合成堇青石粉和合成莫来石粉为原料,采用无压烧结法制备了莫来石-堇青石复相陶瓷。实验表明最佳配方为：堇青石70wt%,莫来石30wt%,样品在1440℃下保温2h烧成,吸水率为0.12%、气孔率为0.30%、体积密度为2.487g/cm3,抗折强度为68.49MPa,烧成收缩率为29.93%。小条样品经20次热震实验后,强度不但没有损失,反而增加了27.2%;圆片样品30次热震无裂纹。研究表明由于堇青石的开放型晶体结构阻碍了样品致密化,样品烧结温度随着配方中堇青石含量的增加而提高。XRD分析表明,所有样品的晶相组成均为高温堇青石、低温堇青石、莫来石和α-鳞石。抗热震机理研究表明,当配方中莫来石添加量大于40%时,烧成样品中存在大量块状和针棒装莫来石晶粒,这种结构有利于样品烧成强度的提高,但会降低其抗热震性能；当莫来石添加量为20～30%时,烧成样品由层状堇青石晶相组成,少量莫来石镶嵌其中,这种结构使样品具有优异的抗热震性能。当莫来石添加量小于10%时,烧成样品中玻璃相含量大,抗热震性能差。对比样品热震前后晶相组成和显微结构发现,热震作用会促进样品中α-鳞石英的析出和长大,热震过程中,石英晶型转变造成的微裂纹可以提高样品韧性,改善样品抗热震性,这是样品热震后强度得到保持,甚至增大的主要原因。以α-Al2O3粉、苏州土、滑石、石英为主要原料,设计了样品配方组成,采用无压烧结工艺,制备了Mg-Al-Si系Al2O3基复相陶瓷材料。结果表明,最佳配方为：α-Al2O3粉：80wt%m,苏州土：6wt%,滑石粉：9%,石英5%,样品烧成温度最低,抗热震性能最优,1480℃下保温2h烧结的样品吸水率为0.19%,气孔率为0.57%、体积密度为3.06g/cm3,烧成线收缩率为12.72%,重烧线收缩率为0.23%,抗折强度为99.59MPa。经20次热震实验后,抗折强度为92.72MPa,强度损失率仅为6.9%。XRD及SEM分析表明,当配方中苏州土含量≥10wt%时,样品主晶相为刚玉和莫来石,样品中二次莫来石生成可引起体积膨胀,致使样品烧成温度较高,同时由于部分晶粒的异常长大,妨碍了样品抗热震性的提高；当配方中苏州土含量≤5wt%时,样品主晶相为刚玉和少量莫来石、镁铝尖品石,少量原位生成的莫来石和镁铝尖晶石能有效抑制刚玉晶粒的长大,提高了样品的抗热震性。为了进一步降低样品烧结温度,在Mg-Al-Si系配方中引入方解石,以α-Al2O3粉、苏州土、方解石、滑石粉、石英为主要原料,通过正交实验优化配方,采用无压低温烧结,制备了Ca-Mg-Al-Si系Al2O3基复相陶瓷。正交实验结果表明,配方中方解石、滑石的添加,为样品中引入了高温助熔剂CaO和MgO,可以有效降低样品烧成温度。正交实验以样品烧结温度为主要考察指标得出最佳配方为：m(苏州土)：m(烧滑石)：m(方解石)：m(石英)：m(α-Al2O3)=8：18：10：5：100,该配方样品在1340℃瓷化,吸水率为0.45%,气孔率为1.87%,体积密度为2.32g/cm3,烧成线收缩率为13.42%,重烧线收缩率为0.16%,抗折强度为110.28MPa。经20次热震试验后,抗折强度变化率趋于平稳,为139.66MPa,强度不但没有损失,反而增加了22.64%。XRD分析表明,该样品中主晶相为刚玉和镁铝尖晶石、钙长石；抗热震机理研究表明,大量晶粒紧密结合在一起,少量玻璃相填充于晶粒孔隙之间,这种大量晶相与少量玻璃相的组成结构,使样品具有较小的重烧线收缩率。通过显微分析还观察到,烧成样品中微小闭气孔分布均匀、大小均一,这种结构可以缓释样品内应力,改善样品抗热震性能；样品中各主晶相粒径均在1μm左右,且均匀分布,紧密结合,这是对提高样品抗折强度和抗热震性十分有利的结构。热震实验表明,热震作用可以促进样品内晶粒的生长及微小晶粒的生成,因此热震可以提高样品强度；热震过程中,包裹在晶粒表面玻璃相中残存的压应力和样品表面残留的压应力也可以使其热震后强度强度。
徐笑阳[4]2016年在《太阳能热发电输热管道用堇青石—莫来石—刚玉复相陶瓷材料的研究》文中指出太阳能热发电是解决当前能源危机的重要途径,如何提高热发电效率已成国内外研究和应用的热点。作为太阳能热发电装置中关键的输热管道在太阳能热发电站中起着传输热能的重要作用,其传热效率直接影响太阳能热发电效率。为满足第叁代塔式太阳能热发电装置(以高温空气为工质)的需求,本文以α-Al_2O_3、合成莫来石、苏州土、滑石和工业氧化铝为原料,采用无压烧结法制备了用于太阳能热发电输热管道的堇青石-莫来石-刚玉复相陶瓷材料,可完全取代第1、第2代太阳能热发电站用的耐高温性能差、不耐腐蚀的金属合金管道。利用TG-DSC、XRD、SEM、FE-SEM和TEM等现代测试技术研究了复相陶瓷配方组成、制备工艺、结构与性能的关系,研究了复相陶瓷的抗热震和致密化机理;揭示了稀土氧化物Sm_2O_3改善复相陶瓷高温性能和热学性能的作用机制。采用Ansys Workbench软件对不同管道结构的陶瓷管道传热过程中的温度场、压力场和流速场进行了模拟,确定了最佳管道设计工艺。用挤出成型方法制备了太阳能热发电用复相陶瓷输热管道,以堇青石微晶玻璃质管道粘接剂对其进行连接,研究了粘接剂与陶瓷管道间的粘结机理。主要研究成果如下:(1)根据太阳能输热管道结构与性能的要求,设计了原位合成堇青石结合莫来石、刚玉复相陶瓷配方组成并研制了A系列复相陶瓷样品。研究了复相陶瓷配方组成(控制刚玉、莫来石和堇青石的合成质量配比)、烧结温度、结构与性能的关系,探讨了抗热震机理。研究表明,在1340~1500℃烧结范围内,样品具有良好的耐高温性能,但烧结温度较高,瓷化温度>1460℃。经1500℃烧结A2(设计刚玉、莫来石和堇青石为40wt%、40wt%和20wt%)样品的性能较优,其吸水率为0.10%,气孔率为0.33%,体积密度为3.01g·cm~(-3),抗折强度为114.07MPa,热膨胀系数为7.38×10~(-6)℃~(-1)(室温~800℃)。样品抗热震性好,残余强度达123.23MPa,较热震前样品强度未损失反而增长了8.03%。XRD分析表明样品热震前后相组成均为刚玉、莫来石、镁铝尖晶石和α-石英,FE-SEM分析发现样品还含有少量的堇青石(1~5wt%)。当配方组成中α-Al_2O_3和合成莫来石含量较多时,晶粒尺寸较小,比苏州土、滑石等含量较多的配方样品致密度高,但不利于堇青石的原位合成。样品有大量发育良好的柱状刚玉晶粒和块状莫来石晶粒,它们相互交织排列,赋予样品较高的强度;抗热震机理研究表明,热震后的样品中莫来石含量增多,致使应力场增强,裂纹发生分叉和偏转,消耗了热震应力能量,致使样品抗热震性提高。(2)为进一步提高堇青石-莫来石-刚玉复相陶瓷致密度、降低烧结温度,提高原位合成堇青石的量。在A2配方基础上,试验分别添加多种稀土氧化物和变价金属氧化物如Y_2O_3,Sm_2O_3,MnO_2和V_2O_5等作为烧结助剂,通过对样品结构性能以及技术经济的对比研究,优选了稀土Sm_2O_3作为烧结助剂。设计并研制了添加不同稀土Sm_2O_3的AS(Sm_2O_3-堇青石-莫来石-刚玉)系列样品,探讨了复相陶瓷致密化机理。结果表明添加0.5~5wt%的Sm_2O_3可显着降低复相陶瓷的烧结温度和提高陶瓷的致密度及抗折强度,比A2配方样品的最低烧结温度降低了20~120℃。经1420℃烧结AS3(添加3wt%Sm_2O_3)样品的综合性能最优,吸水率、气孔率和体积密度分别为0.03%,0.10%和3.16g·cm~(-3),抗折强度可达123.48MPa,样品的相组成为刚玉、莫来石、堇青石、镁铝尖晶石、α-石英和Sm_2Si_2O_7,原位合成堇青石的量增至14.4%。致密化机理研究表明,Sm~(3+)存在于玻璃相中和晶界处,添加Sm_2O_3不仅可促进了液相烧结,还能在晶界处析出晶体,降低晶界迁移速率,抑止晶粒生长,促进了致密结构的形成。(3)研究了Sm_2O_3对复相陶瓷高温性能和热学性能的作用机制。结果表明,添加Sm_2O_3能有效改善复相陶瓷的高温性能和热学性能,添加3wt%Sm_2O_3的AS3烧结样品比基础配方A2样品具有更好的高温抗蠕变性、抗热震性、高温稳定性以及更低的热导率。经1100℃高温服役100h后形变量仅为0.2mm,抗折强度高达157.74MPa,增长率为27.75%;热膨胀系数也降至5.96×10~(-6)℃~(-1),经30次热震(1100℃~室温,风冷)后抗折强度高达147.81MPa,增长率为19.70%;经200~1100℃热循环100次后的抗折强度为147.97MPa,增长了19.83%;AS3样品热物理性能较优,其热扩散系数、比热容和热导率分别为2.86mm~2·s~(-1)、0.75J·(g·℃)~(-1)和6.81W·(m·K)~(-1)。抗高温蠕变机理是Sm_2O_3富集在晶界上与SiO_2生成硅酸钐晶相,阻碍了复相陶瓷内部的传质过程,减小扩散率,并细化晶粒,继而降低了复相陶瓷的蠕变率。复相陶瓷优良的耐高温性能将确保太阳能输热管道安全有效地工作。这种优良的抗热震性、抗高温蠕变性及高温稳定性来源于(1)高温试验过程中样品中玻璃相分布更加均匀,热动力驱使一些颗粒状微晶析出形成钉扎效应;(2)原位合成的低热膨胀系数堇青石含量和高温稳定性优异的莫来石含量增加,致使样品热稳定性和强度提高。复相陶瓷优良的热物理性能来源于添加Sm_2O_3降低了声子的传播速度,加剧了晶格散射,使复相陶瓷的热导率下降,这将有效降低复相陶瓷管道材料的散热速度,确保输送热工质具有较高温度,提高太阳能热发电效率。(4)研制了太阳能热发电用陶瓷输热管道连接用的堇青石微晶玻璃质管道粘接剂,探讨了管道粘接剂配方组成、显微结构对样品粘接性能、抗热震性能、热稳定性能及相组成的影响规律,揭示了管道粘接剂粘结机理。以苏州土、桂广滑石和工业氧化铝为主要原料,TiO_2为晶核剂,经核化(800℃,2h)、晶化(950℃,2h)制备了B系列堇青石微晶玻璃,结构性能研究表明外加1wt%TiO_2的B1配方样品较优,其吸水率为0.78%,气孔率为1.95%,体积密度为2.50g·cm~(-3),抗折强度达66.07MPa,热膨胀系数为5.20×10~(-6)℃~(-1),相组成全为堇青石,堇青石晶粒呈颗粒状,平均粒径较小(0.225μm),但该微晶玻璃的熔点较高(>1300℃),不适合管道连接要求。继而展开了降低堇青石微晶玻璃质管道粘接剂熔点的研究工作。即在B1基础上引入高温熔剂,制备了与复相陶瓷管道有良好物理化学适应性的BR系列管道粘接剂。粘接剂BR34(堇青石微晶玻璃60wt%,高温熔剂BF242 40wt%)粘结性能最佳,粘接强度高达10.26MPa,远超过行业标准(JC/T 547-2005)粘接剂的1MPa,相组成为堇青石、钠长石和α-方石英。粘接剂BR34还具有良好的抗热震性和热循环性能,经30次热震(1100℃~室温,风冷)后剪切强度为8.51MPa,经100次热循环(200~1100℃)粘接剂的剪切强度增至26.93MPa,增长了162.48%。热震和热循环过程中,钠长石熔融产生大量高温液相迅速填充复相陶瓷的表面气孔,并析出大量堇青石晶体,有效改善样品抗热震性能和热循环性能。管道粘接剂粘结机理表明,高温下粘接剂中碱性氧化物沿着复相陶瓷表面孔隙向陶瓷内部渗透即粘结剂中的液相填充复相陶瓷气孔,冷却后在渗透部位析出堇青石晶体,形成“铆接”,致使二者紧密结合。(5)为了提供最佳输热管道设计参数,设计了不同管径(30mm,40mm,50mm)、不同形状(圆孔,六边形,八边形)和不同等体积放大倍数(2.5倍,5倍)的陶瓷输热管道。采用Ansys Workbench软件对其输热管道和传热介质在传热过程中的温度场、压强场以及速度矢量场进行了模拟分析。研究表明,当管材(AS3堇青石-莫来石-刚玉复相陶瓷)、传热介质(高温空气)、管道体积(884224mm~3)的条件一定时,适中的管径(40mm)、管道形状为圆形时,温度场分布最均匀,传热效率最高。随着等体积放大,传热效率也提高。(6)为了太阳能热发电用陶瓷输热管道材料的大规模产业化生产,采用挤出成型研制了适合太阳能热发电用的堇青石-莫来石-刚玉复相陶瓷输热管道材料,进行了管道连接试验,并对陶瓷管道材料的物理性能、气密性、耐腐蚀性能、抗热震性能和热循环性能进行了研究。研究表明,经1420℃烧结的管道性能优良,其吸水率、气孔率、体积密度、a轴抗压强度和连接处抗折强度分别为0.07%、0.19%、3.02g·cm~(-3)、32.40MPa和18.35MPa。陶瓷输热管道材料表现出优异的气密性、耐腐蚀性能和热稳定性能,酸、碱腐蚀质量损失均小于0.5%,经30次热震(1100℃~室温,风冷)后强度增长了6.29%,在200℃~1100℃温度条件下热循环100次抗折强度增长了12.70%。该管道材料满足太阳能热发电用输热管道要求,本研究为太阳能热发电堇青石-莫来石-刚玉复相陶瓷输热管道材料的产业化提供了理论依据。
方斌正[5]2010年在《太阳能潜—显热储热复相陶瓷的研究》文中研究指明太阳能具有资源丰富、取之不尽、用之不竭、不会污染环境和破坏生态平衡等优点。太阳能热发电是最可能引起能源革命、实现大功率发电、替代常规能源的最经济手段之一。但是太阳能具有间歇性和不稳定性的特点,必须使用蓄热材料来提高太阳能的利用率及降低使用成本。而显热储热材料存在储热密度和储热效率低等不足之处,单一的相变材料在使用时会发生固态-液态间的相互转化,必须使用专门的容器加以封装,这不但会增加传热介质与相变材料之间的热阻,提高热损耗降低传热效率,而且易发生过冷、相分离、老化和容器腐蚀等问题,特别是高温相变材料,热损耗和容器腐蚀问题极其严重,大大增加了固-液相变材料的使用成本。基于单一的显热或潜热储热材料的不足,本文研究制备了太阳能潜热-显热复合储热陶瓷材料,研究了不同的配方组成和烧成温度对Al2O3-ZrO2(AZ系)和Al2O3-SiC-ZrO2(ASZ系)两个系列复合陶瓷材料的结构、性能的影响,研究了相变材料的性能,研究了封装剂的配方组成、成型方式、烧成制度及其与基体材料的结合机理,设计了相变材料在蜂窝陶瓷基体中不同的填充方式和填充量,计算了材料相应的潜-显热储热密度。以α-Al203、部分稳定氧化锆(PSZ)(Y2O35.2%)、红柱石、高岭土、堇青石、桂广滑石为主要原料,设计了AZ系列配方组成,干法球磨、半干压成型,采用无压烧结法制备AZ系复合陶瓷材料。利用XRD、SEM等测试手段对AZ系配方样品进行了性能和微观结构测试。结果表明,微米级部分稳定氧化锆的加入会显着提高样品的机械强度,堇青石的加入会显着提高样品的抗热震性能,加入20wt%的微米级氧化锆比加入10wt%的微米级氧化锆更有利于提高样品的机械强度,加入20wt%的堇青石比加入10wt%的堇青石更有利于提高样品的抗热震性能。当微米氧化锆和堇青石添加量各为10wt%时,在1340℃烧成温度下保温2h可制备出性能优良的AZ系蓄热陶瓷基体材料(B4配方),这种材料的气孔率为31.48%、吸水率为12.59%、体积密度为2.50g·cm-3、抗折强度为60.83MPa、热震(室温～800℃,气冷)30次不开裂,且热震后抗折强度为68.83MPa(强度增长率为13.15%),样品的热膨胀系数为5.26×10-6℃-1,且在600℃时,比热容为0.28kJ·(kg·K)-1、导温系数为0.01cm2·s-1、导热系数为0.45W·(m·K)-1蓄热密度为240.42kJ·kg-1。相组成分析表明样品主晶相为刚玉、四方氧化锆、红柱石、莫来石、堇青石。SEM研究结果表明,B4配方样品热震前后均较致密,少量连通气孔,气孔尺寸为零点几μm～50μm,晶粒之间生长发育良好,晶粒尺寸为10μm～80μm,被少量玻璃相包裹紧密连接,球状的氧化锆晶体与氧化铝晶体呈晶间型紧密连接,赋予了样品较高的强度和抗热震性。可作为太阳能热发电用蓄热材料的基体材料。以α-Al2O3、PSZ(Y2O35.2%)、碳化硅、红柱石、堇青石、桂广滑石为主要原料,设计了ASZ系列配方组成,干法球磨、半干压成型,采用无压烧结法制备ASZ系复合陶瓷材料。利用XRD、SEM等测试手段对ASZ系配方样品进行了性能和微观结构测试。结果表明,随着碳化硅含量的增加,样品的机械强度逐渐增加,抗热震性能也有所改善；当碳化硅添加量为50wt%时,在1280℃烧成温度下保温2h可制备出性能优良的ASZ系蓄热陶瓷基体材料(C5配方),这种材料的气孔率为24.88%、吸水率为10.44%、体积密度为2.38g·cm-3、抗折强度为66.20MPa、热震(室温～800℃,气冷)30次不开裂,且热震后抗折强度为76.99MPa(强度增长率为27.89%),样品的热膨胀系数为5.85×10-6℃-1,且在600℃时,比热容为1.05kJ·(kg·K)-1、导温系数为0.01cm2·s-1、导热系数为2.26W·(m·K)-1、蓄热密度为916.91kJ·kg-1。相组成分析表明样品主晶相为刚玉、碳化硅、硅酸锆、莫来石、堇青石。SEM研究结果表明,C5配方样品热震前后均较致密,少量连通气孔,气孔尺寸为零点几μm～50μm,晶粒之间生长发育良好,晶粒尺寸为10μm～80μm,被少量玻璃相包裹紧密连接,球状的氧化锆晶体与氧化铝晶体呈晶间型紧密连接,赋予了样品较高的强度和抗热震性。满足太阳能热发电用蓄热材料的基体材料要求。以C5配方为主要原料,加入不同量的高温粘结剂A,设计了封装剂配方组成,采用塑压成型和两段式烧成技术制备样品。利用测试样品抗热震性和SEM显微结构研究分析了封装剂与基体材料的结合性。结果表明：加入30wt%高温粘结剂A的封装剂与基体材料结合性良好,其它5组配方样品均出现不同程度的开裂或分层现象。计算了相变材料在蜂窝陶瓷中填充在不同位置和不同含量后的材料的储热密度,结果表明,随着相变材料封装量的增加,潜热-显热复合陶瓷的储热密度增加；随着温度的升高,储热密度也随着提高。当相变材料填充了蜂窝陶瓷的2/3孔洞及每个孔洞填充2/3容积时,温度为600℃时,最佳配方C5样品的储热密度为1132.16kJ·kg-1,温度升至1000℃时,最佳配方C5样品的储热密度为1590.80 kJ·kg-1。研究结果表明,ASZ陶瓷封装PCM的潜热-显热复相陶瓷储热密度显着高于单一的显热或潜热储热密度,是一种优良的太阳能高温储热材料。
张巍[6]2014年在《蓝晶石的综合利用进展》文中进行了进一步梳理蓝晶石是一种高铝矿物原料,在高温下分解产生莫来石和SiO2,同时伴随明显的体积膨胀,而高温膨胀是其他高铝原料所没有的特性,故常常将蓝晶石作为原料添加到制品中,利用其膨胀效应抵消某些基体材料的收缩或者制品的烧成收缩,使制品具有高温体积相对稳定,抗热震性好和抗蠕变性能好等特点,进而提高制品的高温使用性能,延长制品的使用寿命。蓝晶石还具有耐酸碱、耐腐蚀、抗冲击力强、电绝缘性能好等特点。蓝晶石被广泛应用于冶金、陶瓷、耐火材料、玻璃、机械、电力和化工等领域。本文根据近年来蓝晶石在定形耐火材料、不定形耐火材料材料、陶瓷、原料合成、特种材料制备等领域应用的相关报道文献加以汇总,系统地介绍了蓝晶石材料的综合利用进展情况。
李豪[7]2017年在《莫来石及堇青石/莫来石多孔陶瓷的制备与性能》文中研究表明莫来石陶瓷具有良好的高温力学性能、抗热震性能、抗蠕变性能力及抗化学腐蚀性能,故莫来石陶瓷可应用于窑炉内衬、热电偶管、高温保护管和陶瓷喷嘴等。而莫来石多孔陶瓷材料,可应用于热梯度大的高温领域,如高温烟气过滤、高温熔体过滤、催化剂载体等。本论文研究以A1(OH)3、高岭土为原料,Y203为添加剂,利用冷冻干燥法结合淀粉固化制备出莫来石多孔陶瓷。研究发现引入淀粉作为造孔剂,可显着提高气孔的贯通程度。随着淀粉含量的增加,淀粉颗粒吸水膨胀,自由活动的液体含量变少,冰晶的自由生长受到抑制,彼此孤立的微孔逐渐消失,样品内部相互连通的网状孔洞增多,且孔径明显减小,大小趋于均匀,原有的层状结构将不再明显。当淀粉含量增至15.84 Vol.%时,莫来石多孔陶瓷的孔隙率达到65.7%,抗压强度达到9.33MPa。淀粉还可起到粘结剂的作用,减小陶瓷浆料中颗粒间的距离,冷冻干燥后形成较小的孔隙,从而减小烧结收缩率;淀粉的固化作用可减少陶瓷坯体在干燥和烧结过程中的收缩,增加了颗粒间颈部粘接点,从而抑制样品中大孔的形成,平均孔径减小且孔径更为均匀,在一定程度上也可以提高抗压强度。论文采用Al(OH)3、SiO2为原料,AlF3、La2O3为添加剂,探讨了加入MgO后,原位生成堇青石与莫来石晶须复合的多孔陶瓷制备工艺,研究了堇青石与莫来石晶须复合陶瓷的生成机理,并对其微观形貌及样品的物相成分进行了分析观察,测试了样品的收缩率、抗弯强度、气孔率、热膨胀系数,研究发现随着堇青石含量的增多材料热膨胀系数随之降低。论文还系统研究了使用高岭土、滑石等矿物原料利用原位反应技术制备莫来石晶须-堇青石多孔复合陶瓷的制备工艺,以制备具有高气孔率、高强度和低热膨胀系数的莫来石多孔陶瓷。探讨了分别以氢氧化铝、氧化铝以及两者混合制备柱状莫来石与堇青石复合多孔陶瓷的工艺,分析了温度和堇青石前驱体含量对材料样品的物相、微观形貌、显气孔率以及力学性能的影响。结果表明在1400℃烧结温度下保温3h后,成功制备出柱状莫来石与堇青石复合的多孔陶瓷。随着堇青石前驱体含量的增多,生成堇青石的量也随之增多,其抗弯强度增强,但孔隙率降低。当加入10 wt.%淀粉时,样品的显气孔率约为30%,抗弯强度达到86 MPa。随着堇青石含量的增多,多孔陶瓷的热膨胀系数随之降低。当堇青石前驱体含量为50 wt.%时,样品的热膨胀系数达到 3.87×10-6/K。
白建光[8]2008年在《堇青石—莫来石窑具材料制备与性能研究》文中研究说明以合成堇青石、合成莫来石为主要原料,采用反应烧结法制备了堇青石—莫来石窑具材料,利用XRD、SEM等测试手段对烧结试样进行了组织结构和成分分析,并对材料的抗折强度、热膨胀系数、气孔率和抗热震性等性能进行了测试,研究了烧结剂种类与含量、骨料含量与粒度级配、烧成制度和添加剂种类及含量对堇青石—莫来石窑具材料组织结构和性能的影响。研究表明:以堇青石生料作为烧结剂制备的堇青石—莫来石窑具材料烧结试样中有新生堇青石相的生成,抗热震性优于以粘土作为烧结剂制得的窑具材料。当堇青石生料含量在15%～22.5%时,抗热震性能优良,其中含量为22.5%时,抗热震性能最佳。适当提高窑具材料中莫来石骨料的含量对抗热震性有利,当莫来石含量达到30%时,抗热震性最好。骨料采用叁级颗粒配料,适当增加中颗粒含量,能够提高材料的抗热震性能,当颗粒级配为40:20:40时,抗热震性最好;而增加细颗粒含量,对抗热震性影响不大。提高烧结温度或延长保温时间,有利于烧结试样的致密化,同时热膨胀系数减小;当烧结温度为1370℃,或者保温时间为4h时,烧结制品具有较好的抗热震性。SiC对堇青石—莫来石窑具材料抗折强度和烧结性能影响不大,热膨胀系数随着SiC含量的增加而增加,抗热震性随着SiC含量增加呈现出先增加后降低的趋势,当SiC含量为4%时,1100℃-室温水冷3次后的抗折强度保持率达到72.08%,与未添加SiC时相比,抗折强度保持率提高了10.8%,抗热震性最好;添加少量的氧化锆对抗热震性有利,对其他性能影响不大;添加锂辉石不利于改善窑具材料的抗热震性。
马雄华[9]2013年在《太阳能热发电莫来石—堇青石复合陶瓷管道材料的制备及性能研究》文中认为塔式太阳能热发电系统要求输热管道能够承受1000℃以上的高温并具有良好的抗热震性能。本论文基于太阳能热发电输热管道材料结构与性能的要求,首先低温原位合成了莫来石陶瓷和高温堇青石陶瓷,然后以低温莫来石和高温堇青石的最优配方为基础,通过不同配比设计原位合成莫来石-堇青石复合陶瓷并对其抗热震性能进行了表征。为进一步提高复合陶瓷的热震性能,对莫来石-堇青石复合陶瓷进行了改性研究,制得了抗热震性能更好的改性太阳能热发电莫来石-堇青石复合陶瓷管道材料,对影响太阳能热发电莫来石-堇青石复合陶瓷管道材料的烧结性能、力学性能、抗氧化性能、耐腐蚀性能、抗热震性能和粘结性能的因素进行了研究。利用XRD、SEM、EDS、EPMA、DSC等现代测试技术研究了材料组成、制备工艺、结构与性能的关系,探讨了材料抗热震机理和粘结机理。本论文取得的主要成果和创新点有：(1)通过原位合成法分别制备了低温莫来石和高温堇青石,提出了以软瓷为基础制备低温莫来石陶瓷的方法,并利用不同铝源筛选了高温堇青石最佳配方组成。系统研究了无压烧结条件下,通过添加不同含量的α-Al2O3对合成莫来石陶瓷的影响,探讨了其抗热震性能及机制。研究表明,典型莫来石陶瓷配方A3经1340℃烧结样品的气孔率达0.12%,吸水率为0.04%,体积密度为2.71g/cm3,抗折强度达94.82MPa,30次热震后强度损失率为60%(室温-1100℃空冷),样品的抗热震性差,主晶相是莫来石、次晶相是刚玉和石英。通过筛选不同的铝源,按照堇青石计量比原位合成了高温堇青石,结果表明最佳配方B1的主晶相为堇青石和铁堇青石,经1420℃烧成后的样品的吸水率为2.35%,气孔率为5.04%,体积密度为2.14g/cm3,抗折强度为82.44MPa,经30次热震强度不减反增了5%。抗热震机理研究表明,莫来石陶瓷抗热震属于微裂纹和纳米棒复合增韧机制,堇青石陶瓷属于微裂纹增韧机制。(2)在低温制备莫来石和高温制备堇青石的基础上,采用A3和B1的不同配比设计了C系列莫来石-堇青石复合陶瓷配方组成,原位合成了莫来石-堇青石复合陶瓷,并对样品的组成,结构与性能的关系进行了系统研究。结果表明,经1300℃烧成后的样品C5的吸水率为0.142%,气孔率为0.364%,体积密度为2.56g/cm3,抗折强度为121.08MPa,经30次抗热震后(室温-1100℃空冷),样品的抗折强度为110.53MPa,样品强度的损失率为8%,强度和抗热震损失率介于A3和B1之间。热震性能研究表明,复合陶瓷属于微裂纹-纳米晶须复配增韧机制。(3)在C系列的研究基础上,按照计量比设计了不同配比的堇青石和莫来石D系列,采用原位合成法对莫来石-堇青石复合陶瓷进行改性,并对组成、结构和性能之间的关系进行了研究。结果表明,1300℃保温3h烧成的最佳样品D3,其主晶相是堇青石和莫来石,次晶相是刚玉；吸水率为0.14%,气孔率为0.44%,体积密度为2.55g/cmm3,抗折强度为124.09MPa,耐腐蚀性好,经30次抗热震后(室温-1100℃空冷),样品强度的损失率为2%,与C系列相比抗热震性显着提高。抗热震性能研究表明,改性陶瓷属于微裂纹-晶粒弥散复合增韧机制。(4)为进一步提高复合陶瓷抗热震性,减少复合陶瓷中的玻璃相,促进堇青石微晶的生长,对D3样品采用不同的保温时间进行了热处理研究。并对其用作太阳能热发电的重要性能如气孔率,力学性能,耐腐蚀性能,抗氧化性能,抗热震性能及相关机制等进行了探讨。结果表明,经过保温9h的配方D3体现出优异的性能,样品的吸水率为0.09%,气孔率为0.22%,体积密度为2.56g/cm3,1100℃高温100h氧化失重率<0.4%,20wt%H2SO4和10wt%NaOH腐蚀失重百分率分别为0.06%和0.05%,抗折强度为121.97MPa,经30次抗热震后(室温-1100℃空冷),强度不减反增了1%,表明经再次热处理太阳能管道材料莫来石-堇青石复合陶瓷抗热震性显着提高。复合陶瓷抗氧化性、耐腐蚀性和抗热震性研究表明：氧化失重是由于碱金属氧化物挥发的结果,由于堇青石晶体结构的影响,复合陶瓷材料耐碱性比酸性好,多次热震可以促进D3样品中的堇青石释放出玻璃相形成微裂纹,从而提高陶瓷的抗热震性能。显微结构分析表明,延长保温时间能促进晶粒的生长,但是保温时间超过5h时,部分堇青石又分解出玻璃相导致常温抗折强度下降。(5)以D3配方样品为管道材料,通过筛选无机粘结剂,对D3样品的粘结性能进行研究。结果表明耐火泥具有最好的粘结剂性能,其常温粘结强度和1100℃粘结强度分别为3.052MPa和6.62MPa, EPMA分析表明陶瓷与粘结剂粘结机理为吸附-机械结合复合机理。
杨现锋, 李勇, 徐协文, 蔡星, 谢志鹏[10]2014年在《凝胶注模堇青石-莫来石复相材料的制备及其抗热震性能》文中指出采用凝胶注模方法制备堇青石-莫来石复相材料,研究了聚乙烯醇对浆料稳定性、固化时间和表面氧阻聚的影响,分析了堇青石-莫来石复相材料的抗热震性能。结果表明,聚乙烯醇可提高粗颗粒悬浮体系的稳定性,增大浆料黏度,延长固化时间。聚乙烯醇还可以起到消除表面起皮、开裂的作用。通过控制浆料固相含量调节堇青石-莫来石复相材料的气孔分布,从而影响其热震稳定性。当浆料中堇青石-莫来石固相体积分数为41%～44%时,堇青石-莫来石复相材料的热震稳定性最好。
参考文献：
[1]. 莫来石—堇青石复相耐火材料的制备及机理研究[D]. 王铁军. 河北理工学院. 2003
[2]. 以铝型材厂污泥为原料合成莫来石/堇青石复相材料及其应用[D]. 沈阳. 福州大学. 2005
[3]. 太阳能热发电输热管道材料的研究[D]. 张锋意. 武汉理工大学. 2011
[4]. 太阳能热发电输热管道用堇青石—莫来石—刚玉复相陶瓷材料的研究[D]. 徐笑阳. 武汉理工大学. 2016
[5]. 太阳能潜—显热储热复相陶瓷的研究[D]. 方斌正. 武汉理工大学. 2010
[6]. 蓝晶石的综合利用进展[J]. 张巍. 矿物岩石. 2014
[7]. 莫来石及堇青石/莫来石多孔陶瓷的制备与性能[D]. 李豪. 海南大学. 2017
[8]. 堇青石—莫来石窑具材料制备与性能研究[D]. 白建光. 西安理工大学. 2008
[9]. 太阳能热发电莫来石—堇青石复合陶瓷管道材料的制备及性能研究[D]. 马雄华. 武汉理工大学. 2013
[10]. 凝胶注模堇青石-莫来石复相材料的制备及其抗热震性能[J]. 杨现锋, 李勇, 徐协文, 蔡星, 谢志鹏. 硅酸盐学报. 2014
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