本文關(guān)鍵詞：冷凍澆鑄法制備莫來(lái)石纖維多孔陶瓷及其高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,尤其是航空航天技術(shù)的不斷進(jìn)步,對(duì)高溫隔熱密封材料的要求也越來(lái)越高。高溫密封材料的密度、強(qiáng)度以及高溫穩(wěn)定性能都將直接制約產(chǎn)品的性能和安全。多晶莫來(lái)石纖維制備的多孔陶瓷因具有密度小、強(qiáng)度高、模量低、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì),近來(lái)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。纖維多孔陶瓷材料的結(jié)構(gòu)直接制約材料的性能,如密度、氣孔率、彈性、強(qiáng)度、導(dǎo)熱率等。自然界中鳥(niǎo)巢具有很好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其輕且穩(wěn)定,并能保溫隔熱,還具有很好的彈性。受鳥(niǎo)巢結(jié)構(gòu)的啟示,纖維在空間良好的三維分布能夠使整個(gè)結(jié)構(gòu)具有更低的體積密度,更高的氣孔率和更低的導(dǎo)熱率。在保證結(jié)點(diǎn)穩(wěn)固的情況下,具有更高的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本文首先對(duì)冷凍澆鑄法制備纖維多孔結(jié)構(gòu)的工藝進(jìn)行優(yōu)化,探討了纖維長(zhǎng)徑比、固相含量、粘結(jié)劑的種類(lèi)和用量以及燒結(jié)溫度對(duì)冷凍澆鑄法制備的多孔陶瓷的氣孔率,體積密度,熱導(dǎo)率系數(shù)以及抗壓強(qiáng)度的影響。采用X射線斷層掃描(micro-CT)對(duì)材料中纖維的分布進(jìn)行觀察和分析,深入比較了利用冷凍澆鑄法與真空抽濾法制備的莫來(lái)石纖維多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)、纖維取向及高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的差異。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:當(dāng)纖維長(zhǎng)徑比為25-50,固相含量為2 vol%,硅溶膠用量為5 wt%,燒結(jié)溫度為1400?C時(shí),冷凍澆鑄法制備的多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能最優(yōu)(密度為0.33g/cm3,氣孔率為88.9%,熱導(dǎo)率為0.051 W/(m·K),抗壓強(qiáng)度為2.27MPa);另外,當(dāng)燒結(jié)溫度為1400?C時(shí),硅溶膠比SiO2粉更適合做高溫粘結(jié)劑。對(duì)冷凍澆注法和真空抽濾法制備的纖維多孔材料的結(jié)構(gòu)和性能對(duì)比研究表明:與真空抽濾法制備的纖維傾向于二維分布的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比,冷凍澆注法制備的莫來(lái)石短纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),具有更低的密度和更高的的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本實(shí)驗(yàn)以莫來(lái)石纖維為基體,利用冷凍澆鑄法制備的莫來(lái)石纖維多孔材料載荷為極限抗壓強(qiáng)度的70%時(shí),溫度為1200oC的大氣環(huán)境中,結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定約7小時(shí),而真空抽濾法制備的密度相近的同種材料,在相同環(huán)境下幾乎不能保持穩(wěn)定。密度相近時(shí),冷凍澆注法制備的材料的抗壓強(qiáng)度是真空抽濾法制備材料的2.5倍以上。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TQ174.1

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本文編號(hào)：1201448