卫生陶瓷高温液相粘度对高温塑性形变量影响的研究

发布时间：2020-10-30 00:47

　　 由于粘土质陶瓷在高温下产生大量液相,使得坯体软化从而发生形变,其形变量和坯体的厚度有关,建筑卫生陶瓷坯体的壁厚越厚高温塑性形变量越小,但是这就造成了建筑卫生陶瓷制品偏重。陶土资源的大量消耗,会直接导致生态环境急剧恶化。高温下陶瓷坯体中产生的液相粘度和陶瓷高温塑性形变量之间的关系未知。本论文对K-Al-Si系统的液相粘度进行了测量,并找到一个适合于其的粘度模型。与此同时,也重新确定了K_2O-Al_2O_3-SiO_2相图中莫来石区域1300°C和1400°C的等温线,从而为提高陶瓷抵抗高温塑性形变能力提供理论上的指导,为实现建筑卫生陶瓷工业的节能减排和可持续发展提供技术途径。本文采用了XRD、XRF和EPMA等测试手段对样品的物相、化学组成进行了分析,主要研究成果如下:(1)讨论了最适于K-Al-Si系统粘度模型,并且研究了卫生陶瓷高温液相粘度和高温塑性形变量之间的关系。以高岭土、钾长石、钠长石、方解石和石英为原料制备了A系列陶瓷样品。样品烧成后,对样品吸水率、气孔率和体积密度进行了测定,并对条状样品的高温塑性形变量进行了测量;采用EDS对样品玻璃相进行了定点分析,测量出了样品玻璃相化学成分。研究选取Riboud模型来预测卫生陶瓷高温液相粘度,根据Riboud模型的预报的结果,当高温液相粘度小于2×10~4Pa·s时,形变指数随粘度的降低有较大的升高;当高温液相粘度大于2×10~4Pa·s时,随着粘度的降低,形变指数的变化不大。卫生陶瓷高温塑性形变量与高温液相粘度有关联。(2)为研究最适于K-Al-Si系统的粘度模型,对卫生陶瓷高温液相粘度进行了测量,找到一个合适的模型去预测K-Al-Si系统的液相粘度。以钾长石、页岩与二氧化硅、氧化铝、氧化铁、碳酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾为原料,根据打点测试结果配比相应的化学组成。利用旋转粘度仪,在高温下进行了粘度测量。测量后对淬火后的样品进行了定量XRF分析,并用粘度公式进行了计算。对于卫生陶瓷的液相粘度,粘度随着温度的升高而降低;Al_2O_3和SiO_2含量越高,粘度越大;碱金属氧化物含量越高,粘度越小;当高温液相粘度小于5000Pa·s时,温度的变化会带来很明显的粘度变化;当高温液相粘度大于5000Pa·s时,随着温度的升高,液相粘度的变化不是很明显。当有一些细小的固体颗粒悬浮在液相中,液相的粘度急剧升高,纯液相粘度模型不再适用。与实际粘度相比,Urbain模型预测的粘度偏大,在K-Al-Si系统的粘度预测中并不合适;结果显示,Riboud模型也不适合于卫生陶瓷硅酸盐熔体粘度的预测。在A21、A22、A62样品中,SW模型预测效果最佳;而在A23、A61、A63样品中,则M-SW模型预测效果最好。(3)对K_2O-Al_2O_3-SiO_2相图中莫来石区域1300°C和1400°C的液相线进行了重新确定。以二氧化硅、氧化铝、碳酸氢钾为原料,配比了K_2O-Al_2O_3-SiO_2系统莫来石区1300°C、1400°C等温线选点的化学组成。利用XRD、WDS对样品进行了物相和各物相的化学组成进行了分析,从而确定了K_2O-Al_2O_3-SiO_2系统莫来石区1300°C、1400°C等温线。结果表明,重新确定的两条等温线与之前的等温线很接近,但较之之前测定的等温线,重新确定的等温线比之前测定的等温线向左偏移了一点点。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ174.73
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景、目的及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 建筑卫生陶瓷节能减排的研究进展
        1.2.2 国内外对陶瓷高温塑性形变量影响因素的研究进展
        1.2.3 硅酸盐高温液相粘度计算与粘度测量的研究进展
    1.3 本课题研究的主要内容
第2章 最适合于K-Al-Si系统的粘度模型的探索
    2.1 实验
        2.1.1 样品制备
        2.1.2 性能与结构表征
    2.2 结果分析与讨论
        2.2.1 样品的吸水率、气孔率、体积密度分析
        2.2.2 K-Al-Si系统粘度模型的探索
        2.2.3 液相粘度与高温塑性形变量之间的关系
    2.3 本章小结
第3章 卫生陶瓷液相粘度测定和粘度模型的探讨
    3.1 实验
        3.1.1 样品制备
        3.1.2 性能与结构表征
    3.2 结果分析与讨论
        3.2.1 液相粘度测定
        3.2.2 粘度模型的探讨
    3.3 本章小结
2O-Al₂O₃-SiO₂ 系统中莫来石区相平衡关系'>第4章 K₂O-Al₂O₃-SiO₂ 系统中莫来石区相平衡关系
    4.1 实验
        4.1.1 样品制备
        4.1.2 性能与结构表征
    4.2 结果分析与讨论
2O-Al₂O₃-SiO₂ 相图中莫来石区域液相线的确定'>        4.2.1 K₂O-Al₂O₃-SiO₂ 相图中莫来石区域液相线的确定
    4.3 本章小结
第5章 全文结论及展望
    5.1 全文结论
    5.2 本文创新点
    5.3 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间获得相关科研成果

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本文编号：2861717