發(fā)布時間：2017-08-17 05:22

  本文關(guān)鍵詞：雙相復(fù)合鈣鈦礦高強度陶瓷中空纖維透氧膜的制備與性能研究

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【摘要】：混合離子電子陶瓷透氧膜因其具有能耗低,安裝方便,對氧具有100%選擇性等特點而得到廣泛關(guān)注,La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)陶瓷中空纖維膜具有較高的透氧量,但是其機械強度較低,在1400℃燒結(jié)溫度下僅為72.76MPa。本文針對如何提高LSC陶瓷膜的機械強度進行研究,采用向LSC陶瓷粉體中引入其他材料如不銹鋼(SS),YSZ等進行陶瓷膜強化,探究這些材料的引入對LSC陶瓷膜性能的影響。不銹鋼粉體作為燒結(jié)助劑加入到陶瓷粉體LSC中,采用相轉(zhuǎn)化燒結(jié)技術(shù)制備La0.6Sr0.4CoO3-δ(LSC)-不銹鋼(SS)復(fù)合陶瓷中空纖維膜,由于不銹鋼的熔點較低,在高溫?zé)Y(jié)過程中會先于LSC發(fā)生熔化,熔化的不銹鋼會填補部分LSC陶瓷膜中的孔隙,降低了LSC陶瓷膜的孔隙率,同時不銹鋼由金屬相轉(zhuǎn)變成氧化物相體積發(fā)生膨脹,因此促使復(fù)合陶瓷膜致密化,所以LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的機械強度得到提高,由于不銹鋼氧化存在氧化鐵等不透氧物質(zhì),因此在透氧量和機械強度之間存在著一個平衡,通過實驗發(fā)現(xiàn)最適合的摻雜量為10%,與LSC陶瓷膜相比,其機械強度增加了80%,透氧量損失了18%。YSZ陶瓷膜具有較高的機械強度和離子傳導(dǎo)速率,因此,為了提高陶瓷膜的機械強度,YSZ粉體作為原始粉體加入到陶瓷粉體LSC中,同時用NMP和乙醇的混合溶液作為芯液制成內(nèi)部開孔并僅有一層致密層(厚度為33 μ m)結(jié)構(gòu)的的非對稱LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷中空纖維膜,高溫?zé)Y(jié)之后,陶瓷相之間依然保持各自的相結(jié)構(gòu),此法增加了陶瓷膜的孔隙率,機械強度提高了2.27倍,由于存在較薄的致密層,厚度為33 μ m,因此透氧量明顯增加,在1000℃,氬氣吹掃氣流速為60 mL/min的條件下,其透氧量達到了3.83 mL cm-2 min-1,在CO2吹掃氣下透氧量穩(wěn)定,可以長期使用。利用氧化鋁陶瓷膜具有較強的機械強度采用傳統(tǒng)的相轉(zhuǎn)化燒結(jié)法將其制成多孔支撐層,用溶膠凝膠法配置LSC溶膠,使溶膠從氧化鋁陶瓷膜內(nèi)表面流到外表面,LSC溶膠填充氧化鋁陶瓷膜的孔隙,高溫?zé)Y(jié)后得到致密的LSC-AL2O3復(fù)合陶瓷中空纖維膜,測試其性能可知,所制得的復(fù)合陶瓷膜具有很高的機械強度,可達到352MPa,但其透氧量很低,不足0.1mL. cm-2.min-1,經(jīng)過XRD測試可知高溫?zé)Y(jié)之后AL203與LSC發(fā)生反應(yīng),致使LSC相遭到破壞。因此,用該方法強化LSC陶瓷膜不具有應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：雙相 陶瓷膜 中空纖維 機械強度
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ174.1;TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-10
• 緒論10-12
• 第一章 文獻綜述12-26
• 1.1 鈣鈦礦陶瓷透氧膜12-22
• 1.1.1 鈣鈦礦陶瓷晶體結(jié)構(gòu)12-13
• 1.1.2 鈣鈦礦混合導(dǎo)體陶瓷透氧膜材料13-18
• 1.1.3 鈣鈦礦陶瓷膜及透氧機理18-19
• 1.1.4 中空纖維陶瓷透氧膜19-20
• 1.1.5 陶瓷膜存在的問題20-22
• 1.2 陶瓷膜的機械強度22-24
• 1.2.1 陶瓷膜強度低的影響22
• 1.2.2 提高陶瓷膜強度辦法22-24
• 1.3 本論文研究思路及內(nèi)容24-26
• 第二章 不銹鋼摻雜強化La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)陶瓷中空纖維膜26-44
• 2.1 前言26-27
• 2.2 實驗部分27-31
• 2.2.1 實驗用品27-28
• 2.2.2 LSC粉體的制備28
• 2.2.3 LSC-SS復(fù)合陶瓷中空纖維膜的制備28-29
• 2.2.4 LSC-SS復(fù)合陶瓷中空纖維膜的表征29-31
• 2.2.5 透氧性能測試31
• 2.3 結(jié)果與討論31-42
• 2.3.1 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的微觀形貌31-34
• 2.3.2 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的晶型結(jié)構(gòu)34-36
• 2.3.3 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的機械強度及孔隙率36-38
• 2.3.4 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的膜密度和重量變化38-39
• 2.3.5 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的透氧性能39-41
• 2.3.6 LSC-SS復(fù)合陶瓷膜的穩(wěn)定性41-42
• 2.4 小結(jié)42-44
• 第三章 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷中空纖維膜44-54
• 3.1 前言44-45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 實驗用品45-46
• 3.2.2 LSC粉體的制備46
• 3.2.3 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的制備46-47
• 3.2.4 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的表征47
• 3.2.5 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的透氧性能47
• 3.3 結(jié)果與討論47-52
• 3.3.1 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的微觀形貌47-48
• 3.3.2 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的晶型結(jié)構(gòu)48-49
• 3.3.3 LSC-YSZ復(fù)合陶瓷膜的機械強度49-50
• 3.3.4 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的孔隙率50
• 3.3.5 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的透氧性能50-52
• 3.3.6 LSC-YSZ雙相復(fù)合陶瓷膜的穩(wěn)定性52
• 3.4 小結(jié)52-54
• 第四章 La_(0.6)Sr_(0.4)CoO_(3-δ)(LSC)填充多孔AL_2O_3復(fù)合中空纖維膜54-60
• 4.1 引言54-55
• 4.2 實驗部分55-56
• 4.2.1 實驗用品55
• 4.2.2 LSC溶膠和AL_2O_3陶瓷膜的制備55
• 4.2.3 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的制備55-56
• 4.2.4 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的表征56
• 4.3 結(jié)果與討論56-59
• 4.3.1 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的微觀形貌56-57
• 4.3.2 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的機械性能57
• 4.3.3 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的晶相結(jié)構(gòu)57-58
• 4.3.4 LSC-AL_2O_3復(fù)合陶瓷膜的透氧性能58-59
• 4.4 小結(jié)59-60
• 第五章 結(jié)論與展望60-62
• 5.1 結(jié)論60
• 5.2 展望60-62
• 參考文獻62-70
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明70-72
• 致謝72

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本文編號：687318