三维连通-多孔堇青石陶瓷结构设计与性能调控

发布时间：2022-11-04 18:18

　　本文以第一性原理为理论支撑、颗粒稳定微乳液为制备工艺,通过对无机颗粒胶体表面化学和料浆体系稳定性的研究,优化工艺参数,制备具有可控微米级三维连通具有“孔-窗”结构的多孔堇青石,并对基体进行增韧,探讨其增韧机理。1、通过第一性原理计算,预测堇青石晶体结构,发现其在不同轴投影中具有高度对称性。基于密度泛函理论得到的能带间隙难以跃迁,性能稳定。DOS具有X轴对称性,其费米能级处于DOS值为零的区间内,具有绝缘性。高温小堇青石晶格震动效果图和室温下基本吻合,验证具有优异耐高温性。本论文以量子力学为基础,通过模拟电子运动规律预测堇青石的物理化学性能,为其优异性质提供理论支撑。2、对无机颗粒胶体表面化学和料浆体系稳定性研究发现,pH值为10时Zeta电位绝对值最低,前驱体稳定性最优。优化工艺参数可获得固含量为40vol%的料浆,制备的多孔堇青石结构完整、表面光滑无缺陷、收缩率小。优化颗粒稳定微乳液工艺参数克服其他制备工艺导致多孔堇青石孔道结构复杂、孔径跨度大且分布不均匀的缺点。经高温烧结可以制备孔结构完整、孔径分布均匀、孔隙率高的三维连通-多孔堇青石陶瓷。3、以马铃薯淀粉和蔗糖作为成孔剂可以显著提... 

【文章页数】：124 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 多孔陶瓷材料概述
        1.1.1 多孔陶瓷材料的分类
        1.1.2 多孔陶瓷的研究进展
        1.1.3 多孔堇青石陶瓷研究现状
    1.2 软凝聚模板体系概述
        1.2.1 软凝聚材料
        1.2.2 颗粒稳定软凝聚模板
        1.2.3 高估含量颗粒稳定微乳液
    1.3 多孔材料强化增韧概述
        1.3.1 多孔陶瓷材料强化韧性的意义
        1.3.2 多孔陶瓷材料的增韧方法及机理
        1.3.3 多孔堇青石陶瓷增韧研究现状
    1.4 本论文选题的目的与意义
第二章 第一性原理计算预测堇青石物理化学性能
    2.1 第一性原理计算理论成果与实验结果吻合度研究进展
    2.2 实验部分
        2.2.1 基于第一性原理计算拟合软件
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 基于第一性原理计算对堇青石参数及精度设置
        2.3.2 基于第一性原理计算预测堇青石晶体结构
        2.3.3 基于第一性原理计算预测堇青石化学稳定性
        2.3.4 基于第一性原理计算预测堇青石热稳定性
    2.4 本章小结
第三章 颗粒稳定微乳液构筑多孔堇青石陶瓷制备工艺
    3.1 稳定堇青石前驱体基本属性
        3.1.1 调控稳定高固含量堇青石料浆的影响因素
        3.1.2 胶体颗粒在体系中的润湿状态
    3.2 实验部分
        3.2.1 微乳液法制备多孔堇青石陶瓷
        3.2.2 多孔堇青石陶瓷样品的物理化学表征
        3.2.3 多孔堇青石陶瓷样品制备及表征实验仪器
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 微乳液构筑多孔堇青石陶瓷对微观结构调控
        3.3.2 pH值对堇青石料浆稳定性调控
        3.3.3 活性剂及造孔剂添加量对多孔堇青石陶瓷微观形貌调控
        3.3.4 固含量对多孔堇青石陶瓷微观结构调控
        3.3.5 多孔堇青石陶瓷固相烧结过程及温度调控
    3.4 本章小结
第四章 多孔堇青石陶瓷“孔-窗结构”设计与性能调控
    4.1 多级孔道结构材料的优势
        4.1.1 梯度化多孔材料
        4.1.2 孔径分布对泡沫陶瓷抗热震性能影响
        4.1.3 孔径分布对泡沫陶瓷热导率的影响
    4.2 实验部分
        4.2.1 微乳液制备具有“孔-窗结构”多孔堇青石实验流程
        4.2.2 对“孔-窗结构”多孔堇青石样品的物理化学性能表征
        4.2.3 “孔-窗结构”多孔堇青石样品制备及表征实验仪器
    4.3 马铃薯淀粉对三维连通多孔堇青石陶瓷“孔-窗结构”的设计与性能调控
        4.3.1 马铃薯淀粉在多孔堇青石高温烧结时发生的物相转变
        4.3.2 马铃薯淀粉添加量对三维连通多孔堇青石陶瓷“孔-窗结构”的调控
        4.3.3 马铃薯淀粉对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷抗腐蚀性能影响
        4.3.4 马铃薯淀粉对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷机械强度和孔隙率影响
        4.3.5 马铃薯淀粉对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷热性能影响
    4.4 蔗糖对三维连通多孔堇青石陶瓷“孔-窗结构”的设计与性能调控
        4.4.1 蔗糖含量对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷微观形貌的调控
        4.4.2 蔗糖含量对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷机械强度和孔隙率影响
        4.4.3 蔗糖含量对“孔-窗结构”多孔堇青石陶瓷热性能影响
    4.5 本章小结
第五章 多孔堇青石陶瓷的强韧化机制
    5.1 熔盐法制备α-Al_2O_3 陶瓷模板
        5.1.1 熔盐法制备α-Al_2O_3 陶瓷模板实验流程
        5.1.2 烧结温度对α-Al_2O_3 陶瓷模板微观形貌的影响
        5.1.3 熔盐比例对α-Al_2O_3 陶瓷模板微观形貌的影响
        5.1.4 保温时间对α-Al_2O_3 陶瓷模板微观形貌的影响
        5.1.5 本节小结
    5.2 增韧多孔堇青石陶瓷实验内容
        5.2.1 微乳液增韧多孔堇青石陶瓷实验流程
        5.2.2 对增韧多孔堇青石陶瓷样品的物理化学性质表征
        5.2.3 增韧多孔堇青石陶瓷制备及表征实验仪器
    5.3 多孔堇青石陶瓷的强韧化机理结果与讨论
        5.3.1 微乳液对多孔堇青石微观结构的调控
        5.3.2 原料粒径尺寸对多孔堇青石基体增韧机制探究
        5.3.3 氧化锆对多孔堇青石陶瓷基体增韧机制探究
        5.3.4 莫来石纤维对多孔堇青石陶瓷基体增韧机制探究
        5.3.5 晶须增韧对多孔堇青石陶瓷基体增韧机制研究
    5.4 本章小结
第六章 结论
创新点
参考文献
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]面向绿色化工应用的陶瓷催化膜反应器的设计与制备[J]. 张广儒,金万勤,徐南平.  Engineering. 2018(06)



本文编号：3701100