由于其優(yōu)異的三維氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),地質(zhì)聚合物具有優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能,但是其脆性大、可靠性差等缺點(diǎn)限制了地質(zhì)聚合物在工業(yè)建筑等方面的應(yīng)用。而利用多種增強(qiáng)相制備地質(zhì)聚合物復(fù)合材料是解決這一問題的有效途徑。另一方面,地質(zhì)聚合物經(jīng)高溫?zé)崽幚砗髸删哂兄旅芙Y(jié)構(gòu)且力學(xué)性能更好的陶瓷材料。熔鹽法是近幾年來廣受關(guān)注的一種制備陶瓷粉體的合成方法,其優(yōu)勢在于能降低合成溫度,同時制備得到的材料具有特定的形貌。因此,本文中決定采用熔鹽法來合成鉀基地質(zhì)聚合物(KGP)陶瓷以及莫來石纖維氈/KGP陶瓷復(fù)合材料。本文中以偏高嶺土、KOH和納米SiO_2為原料制備了KGP,并且利用莫來石纖維氈作為增強(qiáng)相制備了莫來石纖維氈/KGP復(fù)合材料。采用熔鹽法在高溫下熱處理KGP及其復(fù)合材料,得到KGP陶瓷及莫來石纖維氈增強(qiáng)KGP陶瓷復(fù)合材料。采用X射線衍射儀、電子掃描顯微鏡、熱膨脹分析、導(dǎo)熱系數(shù)分析等測試手段,系統(tǒng)的研究了在KCl作為熔鹽的條件下高溫?zé)崽幚韺GP及其復(fù)合材料的物相組織,顯微形貌,力學(xué)性能以及熱學(xué)性能的影響。為了表征熔鹽法對陶瓷化的促進(jìn)作用,還采用傳統(tǒng)無熔鹽燒結(jié)法制備了KGP陶瓷。熔鹽陶瓷化的研究表明,KCl熔鹽作為液相促進(jìn)劑,KGP在800℃下即可生成具有晶體結(jié)構(gòu)的陶瓷材料,當(dāng)Si/Al=2時,生成白榴石,當(dāng)Si/Al=1時,生成鉀霞石。而且隨著溫度的上升,陶瓷化反應(yīng)加劇,直至生成發(fā)育完整的晶體,產(chǎn)物的力學(xué)性能大幅度提升。與傳統(tǒng)燒結(jié)法制備的樣品相比,熔鹽法得到的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)更加致密,而且在燒結(jié)致密化的階段表現(xiàn)出了最大的收縮值,抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)也有明顯的提升。與未經(jīng)高溫?zé)崽幚淼腒GP材料相比,陶瓷化后的產(chǎn)物的性能有了質(zhì)的提升。與鉀霞石相比,白榴石的力學(xué)性能以及導(dǎo)熱系數(shù)均較好,因此本課題組主要研究白榴石基復(fù)合材料的力學(xué)和熱學(xué)性能。深入分析了熔鹽法促進(jìn)KGP陶瓷化的機(jī)理以及白榴石生成的化學(xué)機(jī)理。莫來石纖維氈/KGP復(fù)合材料在經(jīng)一定高溫?zé)崽幚砗罂芍苯愚D(zhuǎn)變?yōu)槟獊硎w維氈/白榴石陶瓷復(fù)合材料。在熔鹽法條件下,反應(yīng)物在KCl液相促進(jìn)劑作用下,能更好的生成陶瓷基復(fù)合材料。纖維氈的增韌可明顯改善復(fù)合材料的彎曲性能,900℃保溫8h的莫來石纖維氈/KGP復(fù)合材料,其彎曲強(qiáng)度可達(dá)142.3MPa。另一方面,其熱學(xué)性能如熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)也隨著保溫時間的增加不斷變化,隨著陶瓷產(chǎn)物的晶化加劇,纖維氈與基體之間的連接更加穩(wěn)定,復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)不斷變大,而且其導(dǎo)熱系數(shù)也呈上升趨勢,當(dāng)保溫時間達(dá)到8h時,其導(dǎo)熱系數(shù)能達(dá)到0.67w·m~(-1)·k~(-1)。
【學(xué)位單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33;TQ317
【部分圖文】：

第一章 緒論料 在化學(xué)組成方面地質(zhì)聚合物上與沸石比較相似，但它屬于一種無定型凝膠體材料[5] 地質(zhì)聚合物的結(jié)構(gòu)表達(dá)式基本上可表示為：Mn{-(SiO2)z-AlO2}n·wH2O 其中，z值代表硅與鋁的比值，一般情況下為 1，2 和 3，也有大于 3 的情況，但相對較少；M代表的是堿金屬陽離子，現(xiàn)階段鉀和鈉研究的較多；n 表示的是聚合度，w 代表的是化學(xué)結(jié)合水的數(shù)量 Davidovits 教授等人[6]對地質(zhì)聚合物材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)的研究，他認(rèn)為由于 z 值的不同地質(zhì)聚合物的鏈結(jié)構(gòu)基本上可以分為 3 種類型：當(dāng)硅鋁比為 1 時為硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽（PS）；當(dāng)硅鋁比為 2 時為雙硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽-硅氧（PPS）；當(dāng)硅鋁比為 3 時為三硅鋁長鏈，即聚鋁硅酸鹽-二硅氧（PSOS），具體結(jié)構(gòu)如圖 1.1

均有顯著提高 這主要是因為高溫陶瓷化后的材料結(jié)構(gòu)更加致密，碳纖維面結(jié)合隨著溫度的上升增強(qiáng)，同時纖維保持較好的完整性 Li等人[66]通過用聚乙烯醇纖維作為增強(qiáng)相制備的地質(zhì)聚合物材料獲得了較優(yōu)異的抗彎能 鹽法鹽法是近幾年出現(xiàn)的一種新型的制備無機(jī)材料的方法，因為熔鹽作為助熔熔劑法，主要原理是將反應(yīng)物作為前驅(qū)體在較高溫度下溶解在熔鹽中，形然后再通過緩慢的降溫或者將溶劑蒸發(fā)，形成過飽和的溶液，從而析出晶可知，熔鹽為產(chǎn)物的合成提供了流動的液相環(huán)境，是一種可以較低的反應(yīng)的反應(yīng)時間內(nèi)制備所需材料的一種新型方法[68,69] 在熔鹽法中，由于選用屬于熔融狀態(tài)，因此在整個反應(yīng)中過程中起到了液相促進(jìn)劑和優(yōu)良的反應(yīng)熔鹽法的合成機(jī)理如圖 1.2 所示

圖 2.2 偏高嶺土的 SEM 圖Figure 2.2 The SEM picture of metakaolin計及制備聚合物的制備制備的鉀基地質(zhì)聚合物（KGP）的成分主要采用課題組K/Al=1，以及 Si:Al:K=1 同時，根據(jù)之前的研究可知[制備的 KGP 陶瓷化的產(chǎn)物主要是白榴石，當(dāng) Si/Al=1 二者均具有優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能 KGP 的制備基本流程圖如圖 2.3 所示 時將計量的 KOH，蒸餾水混合制備得到濃度為 10mo所得的定量的納米 SiO2粉體，磁力攪拌 24h 直至完全溶液 其次，將煅燒得到的偏高嶺土粉體與硅酸鉀溶液

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 宋學(xué)麗;;材料科學(xué)發(fā)展與人類社會進(jìn)步[J];內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì);2011年14期

2 何培剛;林鐵松;王美榮;賈德昌;;高溫處理對單向碳纖維增強(qiáng)無機(jī)聚合物復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J];硅酸鹽通報;2010年02期

3 侯云芬;王棟民;周文娟;路宏波;王林;;粉煤灰基礦物聚合物耐熱性和耐酸性研究[J];粉煤灰綜合利用;2008年03期

4 李月明;黃丹;廖潤華;王進(jìn)松;;熔鹽法合成晶體的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J];陶瓷學(xué)報;2008年02期

5 蘇玉柱;楊靜;馬鴻文;聶軼苗;李如臣;;利用粉煤灰制備高強(qiáng)礦物聚合材料的實驗研究[J];現(xiàn)代地質(zhì);2006年02期

6 聶軼苗;馬鴻文;楊靜;蘇玉柱;李如臣;高飛;;礦物聚合材料固化過程中的聚合反應(yīng)機(jī)理研究[J];現(xiàn)代地質(zhì);2006年02期

7 李雪冬;朱伯銓;;熔鹽法合成氧化物陶瓷粉體的研究進(jìn)展[J];中國陶瓷;2006年03期

8 段瑜芳;王培銘;楊克銳;;堿激發(fā)偏高嶺土膠凝材料水化硬化機(jī)理的研究[J];新型建筑材料;2006年01期

9 李化建;孫恒虎;肖雪軍;;煤矸石質(zhì)硅鋁基膠凝材料的試驗研究[J];煤炭學(xué)報;2005年06期

10 蘇達(dá)根,朱錦輝,周新濤;礦物鍵合材料研究進(jìn)展[J];廣州化工;2005年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 何培剛;C_f/鋁硅酸鹽聚合物及其轉(zhuǎn)化陶瓷基復(fù)合材料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 張鵬宇;熔鹽法制備一維莫來石陶瓷材料的研究[D];天津大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李海宏;地質(zhì)聚合物的制備及機(jī)理研究[D];西安建筑科技大學(xué);2007年

本文編號：2826500