【正文】 能的有效、可行的途徑。因此，積極研究降低合成溫度的方法具有非常重要的意義。其中，堇青石以低的熱膨脹系數(shù)、良好的高溫穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性以及介電性質，已在冶金、電子、汽車、化工、環(huán)境 保護等領域獲得廣闊的應用前景。如在各種冶金廠里盛裝液態(tài)金屬的容器就不可避免地在急冷急熱條件下工作，因此研究具有高抗熱震性 能材料是具有實際意義的工作 [5]曾指出材料的抗熱震性主要取決于材料的熱膨脹系數(shù)和熱傳導率。 陶瓷材料雖然具有上述的諸多優(yōu)點，但是也存在明顯的不足之處。 研究目的及意義 [3] 先進陶瓷材料具有其它材料如金屬材料、高分子材料等不可比擬的優(yōu)點：耐高溫、抗氧化、耐磨損、高硬度、不老化等，得到人們的 廣泛重視，并正逐漸在克服其固有的缺點 (一般抗拉強度低、韌性差、工藝重復性差 )的過程中有驚人的發(fā)展。 低膨脹系數(shù)可以提高陶瓷材料抗熱震性和韌性等，克服了陶瓷材料固有缺點。h, 按消耗煤 357g/(kW每 1t 煤燃燒就會產生 250~300kg 粉煤灰和 20~30kg 爐渣。據(jù)統(tǒng)計， 2021 年我國粉煤灰的排放量已達到 ，如何合理開發(fā)利用粉煤灰資源，變廢為寶，是需要深入研究的重要課題。 linear expansion coefficient of the first with temperature decreases when the sintering temperature reaches 1200 ℃ , the linear expansion coefficient of a slight increase. Key Words:cordierite, microstructure, ceramic materials, the thermal expansion coefficient 第 3 頁 目錄 Abstract ...........................................................................................................................2 1緒 論 ...........................................................................................................................4 研究目的及意義 [3]..............................................................................................5 ............................................................................7 堇青石材料的制備 ..............................................................................................9 天然礦物高溫固相反應合成堇青石 .......................................................... 11 氧化物高溫固相反應法合成高純堇青石 ................................................... 15 濕化學法合成高純堇青石粉體 ................................................................. 15 堇青石陶瓷材料的應用 ..................................................................................... 17 堇青石陶瓷制備中存在的問題 .......................................................................... 17 2 實驗方案及內容 ......................................................................................................... 19 實驗原料的選擇 ............................................................................................... 19 合成堇青石原料配方設計及計算 ....................................................................... 20 原料的粉磨 ...................................................................................................... 21 坯料的制備與成型 ............................................................................................ 21 燒成 ................................................................................................................. 21 性能測試與分析 ............................................................................................... 21 燒成收縮率的測試 .................................................................................. 22 體積密度、顯氣孔率和吸水率的測試 ....................................................... 22 抗壓強度測試 ......................................................................................... 23 XRD分析 ................................................................................................ 23 掃描電鏡觀察 ......................................................................................... 24 實驗設備 .......................................................................................................... 24 工藝流程 .......................................................................................................... 25 3 實驗結果分析與討論 .................................................................................................. 27 體積收縮率 ...................................................................................................... 27 體積密度、顯氣孔率和吸水率的測試 ................................................................. 28 抗壓強度 .......................................................................................................... 29 XRD分析 ......................................................................................................... 30 試樣 SEM 分析 ................................................................................................. 32 結論 ................................................................................................................. 33 參考文獻 ....................................................................................................................... 35 致謝 .............................................................................................................................. 37 第 4 頁 1 緒 論 堇青石陶 瓷具有低的熱膨脹系數(shù) [1],高的化學穩(wěn)定性、抗熱震性 ,以及一定的機械強度 ,而被廣泛的用作窯具、電子器件和微電子封裝材料 ； 此外 ,由于其具有良好的吸附性能 ,與各種催化劑活性組分的匹配性良好 ,以及孔壁薄、幾何表面積大等特點 ,可用于制備多孔材料如蜂窩陶瓷和泡沫陶瓷 ,作為凈化廢氣的理想催化劑載體和過濾裝置 ,用于汽車尾氣凈化、金屬熔體過濾、超細粒子過濾、催化燃燒、熱交換等化學加工過程。 燒結體中主要以β 堇青石和α 堇青石相存在，還有少量的鎂鋁尖晶石，藍晶石，鐵堇青石，印度石等礦物相生成。試樣通過壓力成型機進行壓制成型，成型壓力為 120MPa 。 燒 結 試 樣 分 別 在1150℃ ,1200℃ ,1250℃ ,1270℃ ,1290℃ ,1310℃六個溫度下 進行。 .抗壓強度，體積收縮率，體積密度，隨溫度的 升高 而增大；氣孔率，吸水率則隨溫度的升高而降低；線膨脹系數(shù)先隨溫度升高 而 降低，當燒結溫度達到 1200℃ 時，線膨 脹系數(shù)略有提升 。 人們多采用高嶺石、滑石等礦物原料和工業(yè)氧化鋁來合成堇青石陶瓷。 據(jù)悉，中國地質大學材料科學與化學工程學院課題組，日前已成功地利用粉煤灰為主要原料制備出具有優(yōu)良抗熱震性能的堇青石微晶玻璃材料。據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計 ,2021年全國原煤產量已達 億 t，比 2021 年的 億 t 增長 %,年均煤炭產量漲幅達 %，煤炭在我國一次性能源生產和消費結構中的比重分別占 76%和69%。h),以及煤的發(fā)熱效率 40%計算 ,估計粉煤灰排放量達 ~ 億 t。因此， 本文利用高鋁粉煤灰制備膨脹系數(shù)較低的堇青石陶瓷材料， 研究低膨脹系數(shù)的堇青石陶瓷已成為比較熱點的課題 。陶瓷的耐高溫、耐磨損等優(yōu)點，已經在現(xiàn)代工業(yè)中被廣泛應用于各種高溫環(huán)境中。 陶瓷材料大多數(shù)為脆性材料，抗熱震性能較差，而抗熱震性能的優(yōu)劣與材料的熱膨脹系數(shù)密切相關，熱膨脹系數(shù)愈小，其耐熱沖擊能力愈強 [4]。在熱移動速度大的時候，熱膨脹系數(shù)對材料的抗熱沖擊起決定作用 [6] 。 近年來，各種小型換熱器和汽車排氣用的催化劑載體的開發(fā)應用，使低熱膨脹的堇青石陶瓷材料受到人們極大的關注。 堇青石蜂窩陶瓷主要應用于環(huán)境溫度急劇變化的場合 (如作為汽車尾氣催化凈化器載體 )，這與其具有優(yōu)良的抗熱震性能 (抗熱 沖擊性能 )是密不可分的。 在借鑒國內外科研成果的基礎上，從材料設計的角度出發(fā)，研究低溫煅燒和添加劑對堇青石陶瓷性能，特別是對熱膨脹性能的影響，為制備高性能的堇青石質蜂窩陶瓷提供參考 [5]。本項 第 7 頁 研究的主要目的即是探索一種能夠保持堇青石陶瓷材料的優(yōu)點，克服上述不足的制備技術，為推動堇青石陶瓷材料的更大規(guī)模的工業(yè)化應用提供所需的技術條件。從原子排布來看， α堇青石和 β堇青石的區(qū)別在于 Al、