钛酸铝蜂窝陶瓷的制备与性能研究

发布时间：2017-10-15 12:18

  本文关键词：钛酸铝蜂窝陶瓷的制备与性能研究

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【摘要】：伴随着我国汽车保有量的快速增长,因为发动机尾气而产生的空气污染日益严重,因此发动机尾气净化变得格外重要。目前在发动机尾气净化领域应用比较广泛有堇青石蜂窝陶瓷和碳化硅蜂窝陶瓷,尽管堇青石热膨胀系数较低,但是其熔点低不适合在1100℃以上长期工作,碳化硅陶瓷熔点较高,但是其热膨胀系数较高,且成本较高。钛酸铝蜂窝陶瓷是目前所知道耐高温材料中热膨胀系数最低的一种,有比堇青石更低的热膨胀系数和较高的熔点。但是钛酸铝具有两个缺点：一是在850℃-1300℃范围内容易发生分解,二是冷却过程中会产生大量的微裂纹使其强度降低,严重制约了钛酸铝的应用。本文在参考了钛酸铝的研究现状的基础上,选用锶长石、镁长石、钙长石、莫来石等作为稳定剂来解决钛酸铝容易发生热分解和强度低的缺点。实验证明：(1)使用氧化锶、氧化硅、氧化钙作为添加剂能够制备出具有较低热膨胀系数的钛酸铝蜂窝陶瓷,但是其机械强度较低。使用氧化钡、氧化钙、以及氧化硅的组合作为复合添加剂加入到钛酸铝中所合成的钛酸铝蜂窝陶瓷仍具有较低的热膨胀系数。使用镁铝硅酸盐、氧化钡、氧化硅制备的钛酸铝蜂窝陶瓷具有较高的抗压强度,但是其热膨胀系数较差。使用镁铝硅酸盐和氧化硅作为复合添加剂所制备的400目钛酸铝蜂窝陶瓷具有热膨胀系数低、机械强度大、挤压简单等优点,镁铝硅酸盐和氧化硅的加入有效减轻了钛酸铝的热分解,同时在低热膨胀系数和高机械强度之间找到了平衡点,制备出了热膨胀系数小于0.7×10-6(室温-1000℃)的钛酸铝蜂窝陶瓷,同时其轴向抗压强度达到32Mpa,但是随着镁铝硅酸盐含量的增加其热膨胀系数逐渐升高。(2)为了提高钛酸铝蜂窝陶瓷的孔隙率,使用镁铝硅酸盐、氧化硅作为添加剂,以马铃薯淀粉和石墨作为造孔剂制备出了多孔钛酸铝蜂窝陶瓷,所制备的多孔钛酸铝蜂窝陶瓷强度有所降低,其热膨胀系数略有增大。所制备的400目钛酸铝蜂窝陶瓷抗压强度达到20Mpa,其孔隙率达到33%,吸水率达到14%。在以氧化铝和氧化钛为主要原料,镁铝硅酸盐、氧化硅作为稳定剂合成钛酸铝的基础上,向其中添加钛酸铝粉能够有效降低其烧结温度。这不仅可以减少能源的浪费,还可以解决因为高温烧结过程中液相填充孔隙而造成的造孔难问题。
【关键词】：挤压成型 蜂窝陶瓷 钛酸铝 低热膨胀系数 发动机尾气净化
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 汽车尾气的危害12
• 1.3 多孔陶瓷简介12-15
• 1.3.1 多孔陶瓷的分类12-13
• 1.3.2 多孔陶瓷的性能13
• 1.3.3 多孔陶瓷的应用13-14
• 1.3.4 多孔陶瓷的制备14-15
• 1.3.5 多孔陶瓷的干燥15
• 1.4 发动机尾气催化净化用蜂窝陶瓷简介15-17
• 1.5 钛酸铝材料的简介、晶体结构17-20
• 1.5.1 钛酸铝简介17
• 1.5.2 钛酸铝蜂窝陶瓷简介17-18
• 1.5.3 Al_2O_3-TiO_2体系和钛酸铝晶体结构18
• 1.5.4 钛酸铝的合成18-20
• 1.6 蜂窝陶瓷的挤压成型20-23
• 1.6.1 蜂窝陶瓷挤压模具设计20-21
• 1.6.2 影响挤压成型的因素21-22
• 1.6.3 蜂窝陶瓷的挤压成型过程22-23
• 1.7 钛酸铝陶瓷的研究现状的未来发展趋势23-26
• 1.7.1 钛酸铝的制备方法23
• 1.7.2 钛酸铝的改性23-26
• 1.7.2.1 单一添加剂23-25
• 1.7.2.2 复合添加剂25-26
• 1.8 本课题研究内容及研究意义26-29
• 第二章 实验原料和研究方法29-39
• 2.1 引言29
• 2.2 实验所用的原料29-31
• 2.3 实验所使用的仪器和设备31-32
• 2.4 实验方案及技术路线32-34
• 2.4.1 实验工艺流程32
• 2.4.2 钛酸铝蜂窝陶瓷制备32-34
• 2.5 检测与表征34-39
• 2.5.1 激光粒度分析34
• 2.5.2 X射线衍射分析(XRD)34-35
• 2.5.3 扫描电镜分析(SEM)35
• 2.5.4 压汞仪35
• 2.5.5 力学强度35-36
• 2.5.6 热膨胀仪36-37
• 2.5.7 吸水率的测定37-39
• 第三章 不同添加剂稳定的钛酸铝蜂窝陶瓷的制备及其性能研究39-57
• 3.1 引言39
• 3.2 使用氧化锶、氧化钙、氧化硅做稳定剂制备的钛酸铝蜂窝陶瓷39-44
• 3.2.1 钛酸铝挤压泥料的制备39-40
• 3.2.2 钛酸铝蜂窝陶瓷挤压成型烧结40-42
• 3.2.3 钛酸铝蜂窝陶瓷的XRD分析42
• 3.2.4 钛酸铝蜂窝陶瓷的SEM分析42-44
• 3.2.5 钛酸铝蜂窝陶瓷的热膨胀系数分析44
• 3.3 镁铝硅酸盐、氧化硅作添加剂制备钛酸铝蜂窝陶瓷44-51
• 3.3.1 钛酸铝挤压泥料的制备44-45
• 3.3.2 钛酸铝蜂窝陶瓷挤压成型烧结45-46
• 3.3.3 X射线衍射分析46-47
• 3.3.4 扫描电镜分析47-48
• 3.3.5 热膨胀系数分析48-49
• 3.3.6 孔径分布49-50
• 3.3.7 其他物理性能50-51
• 3.4 使用氧化钡、镁铝硅酸盐、氧化钙和氧化硅作为添加剂制备钛酸铝蜂窝陶瓷51-56
• 3.4.1 钛酸铝挤压泥料的制备51-52
• 3.4.2 钛酸铝蜂窝陶瓷挤压成型烧结52
• 3.4.3 X射线衍射分析52-53
• 3.4.4 扫描电镜分析53-54
• 3.4.5 热膨胀系数分析54-55
• 3.4.6 孔径分布55-56
• 3.5 本章小结56-57
• 第四章 烧结制备多孔钛酸铝蜂窝陶瓷及其性能研究57-69
• 4.1 引言57-58
• 4.2 多孔钛酸铝蜂窝陶瓷的制备与性能研究58-64
• 4.2.1 钛酸铝挤压泥料的制备58-59
• 4.2.2 钛酸铝蜂窝陶瓷挤压成型烧结59-60
• 4.2.3 烧结多孔蜂窝陶瓷X射线衍射分析60
• 4.2.4 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷SEM分析60-62
• 4.2.5 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷孔隙分析62-63
• 4.2.6 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷热膨胀系数分析63
• 4.2.7 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷其他物理性能分析63-64
• 4.3 低温烧结钛酸铝蜂窝陶瓷的制备与性能研究64-68
• 4.3.1 钛酸铝挤压泥料的制备64
• 4.3.2 钛酸铝蜂窝陶瓷挤压成型烧结64-65
• 4.3.3 烧结多孔蜂窝陶瓷X射线衍射分析65-66
• 4.3.4 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷SEM分析66-67
• 4.3.5 烧结多孔钛酸铝蜂窝陶瓷热膨胀系数分析67-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 结论69-70
• 5.2 问题与展望70-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-79
• 附录79

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本文编号：1037073