凝胶注模法制备堇青石多孔陶瓷的研究

发布时间：2017-11-17 05:12

  本文关键词：凝胶注模法制备堇青石多孔陶瓷的研究

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【摘要】：堇青石(Mg2Al4Si5O18)陶瓷因为具有低热膨胀系数(CTE)、良好的高温稳定性和良好的机械性能等特点,而广泛应用于绝缘材料、高温过滤材料和催化剂载体材料等。相比于国外生产商所制备的堇青石国内生产商制备的堇青石的热膨胀系数较大。本文主要研究利用滑石粉、高岭土和氧化铝(A1203)为原料制备堇青石多孔陶瓷。通过优化堇青石多孔陶瓷的制备工艺,只需一次烧结便可制备出热膨胀系数低、机械性能良好的堇青石多孔陶瓷催化剂载体材料。本文主要对以下几个方面进行分析探讨：原料中A1203种类、制备方法对堇青石多孔陶瓷催化剂载体材料性能的影响；凝胶注模法制备堇青石多孔陶瓷时,单体含量、浆料pH和固相含量对浆料固化时间的影响；浆料固相含量、原料配比、烧结工艺以及氧化铈(Ce02)含量对堇青石多孔陶瓷催化剂载体材料性能的影响。利用粒径较小的α-Al203所制备的堇青石多孔陶瓷中堇青石相的含量更高,其热膨胀系数更低,平均值为1.65×10-6℃-1,远低于利用普通A1203所制备堇青石多孔陶瓷的平均热膨胀系数4.21×10-6 ℃-1。与利用模压成型法制备的堇青石多孔陶瓷相比利用凝胶注模法所制备的堇青石多孔陶瓷的综合性能较高。凝胶注模法制备的堇青石多孔陶瓷的平均热膨胀系数为1.53×10℃-1,平均抗压强度13.44MPa,平均孔隙率可达68.1%,多为圆形的微孔,孔径分布比较均匀。单体含量为7.5wt%,pH=8和固相含量为30.53vo1%浆料的固化时间比较适中,即可保证浆料很好的填充成型性能,又能保证浆料的均匀分散。适当的固相含量能够提高堇青石多孔陶瓷的综合性能,在固相含量为30.53vo1%时,其综合性能最优,热膨胀系数为1.66×10-6℃-1,抗压强度为25.87MPa,此时孔隙率为55.43%。利用偏MgO和A1203区(即14.0%MgO、37.6%Al2O3、48.4%SiO2)的配比所制备出的堇青石多孔陶瓷平均热膨胀系数较低,为1.69×10-6℃-1。烧结温度为1350℃,保温3h可以获得综合性能较优的堇青石多孔陶瓷。此时,堇青石多孔陶瓷中堇青石相含量多,热膨胀系数低为1.69×10-6℃-1,孔隙率为58.53%,抗压强度为22.44MPa。添加Ce02能够促进堇青石相的生成,加快堇青石相生成的速率,促进堇青石多孔陶瓷致密化。随着Ce02含量的增加,堇青石多孔陶瓷的孔隙率降低,抗压强度升高,热膨胀系数先降低后增大。Ce02含量为0.2wt%时,堇青石多孔陶瓷的物相为单一的堇青石相,此时堇青石多孔陶瓷的热膨胀系数较小,1250℃和1350℃烧结的多孔陶瓷的热膨胀系数分别为1.92×10-6℃-1和1.57×10-6℃-1,抗压强度分别为8.61MPa和25.09MPa,孔隙率分别为60.1%和57.2%。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1

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本文编号：1194909