【正文】 ........................................................................... 19 實驗原料的選擇 ............................................................................................... 19 合成堇青石原料配方設(shè)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(shè)備 .......................................................................................................... 24 工藝流程 .......................................................................................................... 25 3 實驗結(jié)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(jié)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。每 1t 煤燃燒就會產(chǎn)生 250~300kg 粉煤灰和 20~30kg 爐渣。 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。 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。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(zhì)，已在冶金、電子、汽車、化工、環(huán)境 保護等領(lǐng)域獲得廣闊的應(yīng)用前景。因此，降低熱膨脹系數(shù)是提高抗熱沖擊性能的有效、可行的途徑。目前的研究主要集中在中 α堇青石上。 第 8 頁 堇青石材料的發(fā)展已有一百多年的歷史， 19世紀末 ， ， 及 等先后進行了堇青石的合成實驗，其 貢獻最大， 1899 年 ，他首先獲得的人工晶體 “Cordierite”，即堇青石。 1929 年， 和 首先報道了用 43％ 滑石， 35％ 粘土和 22％Al 2 O 3 合成出膨脹系數(shù)為 10－ 6 ℃ 1 (0~200℃ )陶瓷坯體。 堇青石材料的制備 堇青石質(zhì)陶瓷以堇青 石晶體為主晶相。 [12] 近幾年應(yīng)用較多的制備技術(shù)是水解法， 水解法可以獲得原子級混合物。 我國僅在湖北、 湖南和廣西發(fā)現(xiàn)累托石礦點共 8 個，湖北鐘祥累托石礦是我 國僅有的兩個累托石工業(yè)礦床之一。但是，如果原料中有堿土金屬氧化物 Ca O、堿金屬氧化物 R2O和 Fe 2 O 3 的存在則會大大提高制品的熱膨脹率。 目前常用的制備方法如下： 天然礦物高溫固相反應(yīng)合成堇青石 利用天然礦物原料合成堇青石具有生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量大 、 應(yīng)用范圍廣等優(yōu)勢 [17]，所以，利用天然礦物原料低成本合成堇青石材料一直是人們的一個研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)，當配料中 Al2O3 的含量在理論組成的 5％ 范圍內(nèi)變化時，對合成堇青石材料的顯微結(jié)構(gòu)和高溫性能產(chǎn)生明顯影響。 (3)“煤矸石（高嶺石）－菱鎂礦 －石英”系統(tǒng)合成堇青石 倪文等進行了該系統(tǒng)合成堇青石熟料的研究。 （ 6） “葉臘石－鋁礬土－菱鎂礦－滑石”系 統(tǒng)合成堇青石 薛群虎等研究認為，采用結(jié)構(gòu)水含量低，燒失量小，煅燒后體積變化小的葉蠟石、滑石原料可合成結(jié)構(gòu)致密，體積密度高，堇青石含量 ＞ 90％ 的堇青 石產(chǎn)品。 試驗表明，在 1370℃燒結(jié) 3h，該陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相組成。 濕化學法合成高純堇青石粉體 (1)溶膠 凝膠法 溶膠 凝膠方法是制備高純細粉材料的方法之一，屬于濕化學反應(yīng)方法。 XRD 分析表明，這些粉末繼續(xù)加熱至 950℃開始轉(zhuǎn)變成為高溫α 堇青石， 1100℃轉(zhuǎn)變成為純α 堇青石。在煅燒過程中包裹層和被包裹粒子發(fā)生一系列反應(yīng)，生成無定形納米鎂鋁氧化物，并均勻分散在基體中。通過加工工藝的不同，可以獲得不同形貌和比表面積的堇青石陶瓷，從而在催化劑載體，高溫過濾器、紅外輻射材料等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。沉淀包裹法和溶膠 凝膠法工藝要求比較嚴格 ,合成過程復(fù)雜 ,原料多為有機化合物 ,價格昂貴 ,有些還對人體有害 ,很難滿足工業(yè)應(yīng)用要求。高鋁粉煤灰中主要成分以 SiO Al2O3為主，另外含有少量 Mg O、 Fe2O3 、 Ca O、 Ti O、Na2O、 K2O 等氧化物。各原料化學組成如表 21所示。m) 純度 (%) 主要晶相 產(chǎn)地 粉煤灰 Al2O3， SiO2 西朔州神頭電廠 硅微粉 ≥96％ Al2O3 河南洛陽耐火廠 工業(yè) 鎂砂 ≥97％ MgO 河南洛陽耐火廠 坯料的制備與成型 按照計算的各原料配比，準確稱量物料，機械混合均勻 10分鐘后，加入 10%紙漿廢液繼續(xù)混合 5 分鐘。 體積密度、顯氣孔率和吸水率的測試 1）選取外觀平整的試樣，表面無裂紋等破壞痕跡。 體積密度： 123mmm?? ? （ 22） 氣孔率： 2123mm? ?? ? （ 23） 吸水率 ： 第 23 頁 311 x100%ammw m?? （ 24） 式中： m1：干燥試樣的質(zhì)量 (g)； m2：水飽和后在空氣中的質(zhì)量 (g)； m3：水飽和后在水中的質(zhì)量 (g)。 為了研究不同配方試樣的物相組成，利用 D\max2200型號 X射線衍射儀器，耙材為 Cu耙，工作電壓 36kV，工作電流為 29mA；要求試樣的粒度＜ ㎜。 實驗設(shè)備 表 25 試驗用主要儀器設(shè)備 名稱 型號 生產(chǎn)廠家 振動磨 ZHM1A 粒度分析儀 LS230 美國 coulter公司 熒光分析儀 S4 PIONEER 美國 coulter公司 電子天平 P12021 梅特勒 托利多儀器有限公司 攪拌機 YCS4/8 沈陽東微點擊制造有限公司 第 25 頁 工藝流程 實驗工藝流程如圖 21 數(shù)顯式 壓力試驗機 TYE600 濟南天辰試驗機制造有限公司 電熱恒溫干燥箱 DHG9141型 上海精宏實驗設(shè)備有限公司 人工智能箱式電阻爐 SGM3817A 洛陽 市西格馬儀器制造有限公司 全自動高溫熱膨脹儀 RPZ03P 洛陽安特利爾儀器有限公司 X射線衍射儀 D\max 2200 日本理學 掃描電鏡 Quanta 200 美國 FEI公司 粉煤灰 工業(yè)用鎂砂 硅微粉 干混（加入 10%紙漿廢液 ） 粉磨 壓制成型（ 120KN） 第 26 頁 圖 21 實驗制備的工藝流程 燒成 干燥（ 100℃ ， 24h） 顯微分析 （ SEM） X 衍射（ XRD） 性