【正文】 2 Al2O3 XRD 分析 燒結(jié)溫度在 1150℃以下時， 從 化 動力學(xué)角度來講 [21]，配料反應(yīng)轉(zhuǎn)化為莫來石必須有離子遷移和晶格結(jié)構(gòu)的重組，反應(yīng)需到 900℃ 以上才能明顯進(jìn)行，結(jié)晶程度好時溫度偏高，這一反應(yīng)放熱。如對二次電子、背散射電子的采集，可得到有關(guān)物質(zhì)微觀形貌的信息；對 x 射線的采集，可得到物質(zhì)化學(xué)成分的信息。其中面網(wǎng)間距 d與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對強(qiáng)度則與質(zhì)點(diǎn)的種類及其在晶胞中的位置有關(guān)。 5）從水中取出飽和試樣，用飽含水的多層紗布，將試樣表面過剩水分輕輕擦掉 (注意不應(yīng)吸出試樣孔隙中的水 )，迅速稱量飽和試樣在空氣中的重量，精確至 ，記為 m2。按下列公式計(jì)算燒成收縮率 D： D=(d1– d0)247。合成 堇青石 的原料 配方見表 22： 表 22 合成堇青石各配方原料配比（ wt%） 含量 原料 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 粉煤灰 鎂砂 硅微粉 表 23 配方理論組成 編號 SiO2（ wt%） Al2O3（ wt%） MgO（ wt%） Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 第 21 頁 原料的粉磨 將粉煤灰和鎂砂分別在 震動磨 中 粉磨 4 分鐘 ，然后分別用粒度分析儀測定各原料的的粒度，各原料粒度要求不能差別太大 。 硅微粉其主要成分為 SiO2，其含量為 96%，粒徑滿足條件，可以直接使用。本實(shí)驗(yàn)所用的原料有高鋁粉煤灰 、 燒結(jié)鎂砂和硅微粉，并以一定量的紙漿廢液作為粘結(jié)劑。該方法具有生產(chǎn)工藝簡單 ,生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn) ；但其存在的最大問題就是合成溫度高 ,能源消耗大 ,燒結(jié)溫度達(dá) 1390 ℃～1400 ℃ ,且其燒結(jié)溫區(qū)很窄。 堇青石陶瓷材料的應(yīng)用 由于堇青石具有低的熱膨脹系數(shù)、良好的高溫穩(wěn)定性、良好的紅外輻射能力和化學(xué)穩(wěn)定性以及介電性質(zhì)，堇青石質(zhì)陶瓷已在冶金、電子、汽車、化工、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域獲得 廣闊的應(yīng)用前景。 （ 2）沉淀包裹法制備納米堇青石粉末 蔡舒等以熱噴霧法制得的鎂鋁氫氧化物 [MgAl26(OH)x]團(tuán)簇粉末及MgCl2攪拌均勻后，放入 40℃的烘箱靜置，約半小時后得到透明的凝膠。研究了三種礦化劑對合成堇青石熟料的相組成、顯微結(jié)構(gòu)、熱膨脹系數(shù)的影響。 80 年代以來，國內(nèi)各研究、生產(chǎn)單位已對這一產(chǎn)品進(jìn)行了較長時間的研究、開發(fā)，但目前的生產(chǎn)技術(shù)尚不十分成熟。 （ 5） “綠泥石－滑石－高嶺石－氧化鋁”系統(tǒng)合成堇青石 代剛斌等研究了用綠泥石取代滑石作為合成堇青石材料的鎂源對合成溫度及材料性能的影響。 （ 2）“煤矸石（高嶺石）－菱鎂礦－滑石”系統(tǒng)合成堇青石 研究發(fā)現(xiàn)，以堇青石的理論組成計(jì)算配方，通過細(xì)磨、干燥、造粒、壓制成形等加工，在 1350℃ （ 2h） 合成了純度較高熱膨脹系數(shù)小 （ 0～ 1000℃ 為106/℃ ） 的堇青石。在原料中引入非晶態(tài)熔融石英，同樣促進(jìn)合成反應(yīng)，熔融石英引入 5％～ 10％為宜，使熱膨脹率能降低 10％～ 30％ （室溫 ～ 800℃ ） 。 有研究表明， 在條狀試樣的煅燒過程中，活性高的氧化鋁會促成堇青石的合成反應(yīng)，使試樣晶相中頑火輝石減少，降低熱膨脹率，但是過多的活性氧化鋁會增加尖晶石等雜相的含量，因此添加量不易過多。 若在富鋁配料組成下合成的堇青石材料中， 玻璃相的含量相對較低， 有針狀莫來石在玻璃相中析出， 由針狀莫來石晶體聯(lián)結(jié)成的顆粒均勻地分布在堇青石相中， 這種顯微結(jié)構(gòu)對提高材料的高溫性能很有幫助， 使之具有優(yōu)良的高溫性能，在 1250℃ 下，試樣的高溫抗折強(qiáng)度為 16~18Mpa， 荷重下保溫 10h 后的蠕變率僅為 %，而理論組成的堇青石材料的高溫抗折強(qiáng)度為 11~13Mpa，蠕變率為 %， 只是熱膨脹系數(shù)有待進(jìn)一步降低。 國內(nèi)有研究人員采用累托石－滑石－工業(yè)氧化鋁系統(tǒng)在 1280℃ 合成堇青石陶瓷， 吸水率為 ％ ；抗折強(qiáng)度為 ；熱膨脹系數(shù)為 10 6 ℃ 1 。此外，原料中各個粒級的分布，以及顆粒的形狀對于合成堇青石時生成的晶粒走向和晶粒大小亦有不小的影響，尤其是在采用擠出成型的制造工 藝中具有不可忽略的作用。堇青石陶瓷越來越成為現(xiàn)代工業(yè)中一種重要的材料，受到普遍的重視。在礦物學(xué)上，采用光學(xué)和 XRD的方法確定了α 型與β型堇青石之間的差別， 化學(xué)式 Mg 2 A1 4 Si 50 18有兩個同質(zhì)多晶變體系列 :一個是六方晶系，另一個是正交晶系。 實(shí)驗(yàn)測定α 堇青石和β堇青石的熱膨脹系數(shù)分別為 10－ 6 ℃ 1 和 10 6 ℃ 1 (0~800℃ )。 堇青石的結(jié)構(gòu)性能及研究進(jìn)展 目前，普遍認(rèn)為堇青石具有三種同質(zhì)多晶變體，即高溫堇青石（α型）、低溫堇青石（β型）和低溫亞穩(wěn)態(tài)堇青石（γ型）。材料的抗熱震性能不僅受熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率、強(qiáng)度、彈性模量及泊松比等影響，還與材料的尺寸、形狀、加熱及冷卻條件有關(guān)。提高無機(jī)非金 第 6 頁 屬材料的抗熱震性能，最有效的方法就是降低材料的熱膨脹系數(shù)， 因而低熱膨脹系數(shù)材料倍受青睞。 正是由于先進(jìn)陶瓷材料具有美好的發(fā)展前景和廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域， 世界上各先進(jìn)國家都對其投入密切的關(guān)注， 并積極研究將其作為燃?xì)廨啓C(jī)、汽車發(fā)動機(jī)和其它熱機(jī)的結(jié)構(gòu)材料，逐漸將其推向?qū)嵱没７勖夯遗欧帕康娜找嬖黾訉?dǎo)致占地和水資源浪費(fèi) ,且由此產(chǎn)生的環(huán)境負(fù)荷也 日益加重。為陶瓷工業(yè)合理利用粉煤灰，緩解環(huán)境污染，降低陶瓷制作成本，開辟了新途徑，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞： 堇青石，微觀結(jié)構(gòu)，陶瓷材料，熱膨脹系數(shù) 第 2 頁 Abstract Use highalumina fly ash（ Al2O3 %、 SiO2 46%） as the main raw material preparation of cordierite, add appropriate amount of magnesite (MgO %), as well as a small amount of Silicon Powder (SiO2 96%) In accordance with the theoretical formulation of cordierite (MgO %, Al 2O3 %, SiO2 %) to the ratio,.Sample through pressure molding machine pressing, molding pressure 120MPa. And were sintered at 1150℃ ,1200℃ ,1250℃ ,1270℃ ,1290℃ ,1310℃ six temperature. Sintered samples sintered samples through mechanical properties, thermal properties and microstructure analysis to determine the optimum sintering process cordierite Experimental results show that: Fly ash, silica fume and industrial sintered magnesia as raw material, through the sintered body Xray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM) analysis, we found successfully synthesized cordierite ceramic material. Sintered body mainly in the βαcordierite and cordierite phase exists, there is a small amount of magnesium aluminate spinel, kyanite, iron cordierite, India stone and other mineral phase formation. strength, the volume shrinkage ratio, bulk density, with the increase of the sintering temperature。 第 1 頁 利用高鋁粉煤灰合成堇青石陶瓷材料的制備研究 專業(yè)：材料科學(xué)與工程 學(xué)生：張政 指導(dǎo)老師 ：馬立建 摘要 利用高鋁粉煤灰（ %、 SiO246%）為主要原料制備堇青石，添加適量的 鎂砂 （ %），以及少量的硅微粉（ SiO2 96%），按照堇青石的理論配方（ MgO %,Al2O3 % ,SiO2 %）進(jìn)行配比。 porosity, water absorption with the sintering temperature is decreased。 粉煤灰主要來自以煤粉為原料的熱電廠和城市集中供熱鍋爐。因此 ,如何更高效地利 第 5 頁 用粉煤灰成為近年來國內(nèi)十分關(guān)注的重要問題 [2]。目前陶瓷材料不僅在鋼鐵工業(yè)、汽車工業(yè)、原子工業(yè)、切削刀具工業(yè)部門，在生物以及日常生活等領(lǐng)域也廣泛被應(yīng)用，尤其是在高溫、耐磨、腐蝕性等苛刻環(huán)境中更是大顯身手。 從室溫 1000℃的熱膨脹系數(shù)小于 210 6 ℃ 1 的陶瓷材料，有石英玻璃、鋰輝石、堇青石、磷酸鋯以及鈦酸鋁等。其中，材料的熱膨脹系數(shù)是關(guān)鍵因素之一，特別是在熱流速率較大的環(huán)境里，抗熱沖擊性能的優(yōu)劣主要取決于熱膨脹系數(shù)的大小。高溫堇青石也稱印度石，天然產(chǎn)出很少只在印度少有發(fā)現(xiàn)而得名，屬于六方晶系、六元環(huán)狀硅酸鹽晶體，空間群為 P6/mcc，晶胞參數(shù)為： a=， c=，高溫穩(wěn)定； β型低溫堇青石屬斜方晶系，低溫穩(wěn)定，在 1450℃ 緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)?α型； γ型 ，低溫亞穩(wěn)定，僅在相當(dāng)于堇青石成分的玻璃體在 850925℃ 發(fā)生重結(jié)晶時生成，在 925~1150℃ 長時間保溫則可慢慢轉(zhuǎn)化為 α堇青石或 β堇青石，但這種轉(zhuǎn)化是不可逆的 。 [7 [8] [9] 工業(yè)上人 工合成的堇青石陶瓷的主晶相大都為過渡型（也稱混合型）堇青石，即同時含有 α堇青石和 β堇青石的混合型堇青石。[10][11] 之后大量研究人員對堇青石的性能進(jìn)行了深入的研究，尤其是堇青石良好的熱穩(wěn)定性和低的膨脹系數(shù)倍受關(guān)注。目前，世界上以美國，德國，日本的堇青石產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)。 國外研究者一般以高純度的氧化硅、氧化鋁、氧化鎂等原材料來合成堇青石，或者使用正硅酸乙脂、硝酸鋁和硝酸鎂通過溶膠凝膠法合成。 [13] 由于累托石是一種較稀有的礦物，目前國內(nèi)外發(fā)現(xiàn)的累托石工業(yè)礦床不多，世界上僅有五個累托石床，有關(guān)礦石的工業(yè)利用技術(shù)資料和專利更不多見。 [13]在使用滑石、 高嶺土與氧化鋁體系合成堇青石的工藝中， 好品質(zhì)的滑石和高嶺土可改善制品的晶相組成，促進(jìn)堇青石的生成，減小制品中頑火輝石的含量，從而 第 11 頁 降低熱膨脹率。此外，引入非晶態(tài)石英亦可以促進(jìn)該合成反應(yīng)， 提高產(chǎn)品質(zhì)量。 代剛斌 [19]等研究了化學(xué)組成對該系統(tǒng)合成堇青石的顯微結(jié)構(gòu)和高溫性能的影響。合成溫度較低是該系統(tǒng)特點(diǎn)。結(jié)果表明，用綠泥石部分取代滑石能夠拓寬堇青石材料的燒成溫度范圍（ 1290～ 1350℃），降低燒成溫度，得到高溫力學(xué)性能穩(wěn)定的堇青石材料。 高嶺土 Al 2 O 3 粉 滑石粉 ↓ 合成堇青石 ↓ 細(xì)粉碎 有機(jī)添加劑→ ↓ 混料 潤滑劑固化劑等→ ↓ ←水 練泥 ↓ 陳腐 ↓ 成型 ↓ 微波（或遠(yuǎn)紅外）干燥