本文選題：孔結(jié)構(gòu)　切入點(diǎn)：熱導(dǎo)率　出處：《武漢科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：工業(yè)窯爐的隔熱保溫性能對(duì)節(jié)能和環(huán)保起到重要的作用。氧化鋁隔熱材料由于強(qiáng)度高、使用溫度高、熱機(jī)械性能優(yōu)異等特點(diǎn),是目前用于高溫窯爐爐襯性能最優(yōu)良的隔熱保溫材料。目前氧化鋁隔熱材料主要為氧化鋁空心球制品,該材料往往是通過(guò)電熔法先制備出空心球制備,存在耗能高、體積密度和熱導(dǎo)率偏大等缺點(diǎn)。相比之下,燒結(jié)法制備的隔熱材料能耗明顯低于該方法,因此采用燒結(jié)法制備氧化鋁隔熱材料的研究顯得十分重要。影響該類氧化鋁隔熱材料眾多因素中,孔結(jié)構(gòu)對(duì)材料的性能的影響最為顯著。但是,通過(guò)優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)(氣孔率、孔徑大小、孔徑分布、孔形狀等),來(lái)降低氧化鋁隔熱材料的熱導(dǎo)率并提高其力學(xué)性能和抗熱震性能的研究卻鮮有報(bào)道。針對(duì)上述問(wèn)題,本文的具體研究?jī)?nèi)容包括:首先研究了稻殼、鋸末、淀粉和炭黑等造孔劑對(duì)氧化鋁隔熱材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能和抗熱震性的影響,并采用MIAPS軟件(圖像法)分析了材料的孔結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,采用灰色關(guān)聯(lián)和組織學(xué)理論揭示了孔結(jié)構(gòu)對(duì)材料熱導(dǎo)率的作用機(jī)理;而后利用分形理論探明了氣孔的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)材料力學(xué)性能的影響;最后借助斷裂力學(xué),計(jì)算了氧化鋁隔熱材料的抗熱震參數(shù),揭示了材料的抗熱震機(jī)理;以上研究為進(jìn)一步開發(fā)低導(dǎo)熱、高強(qiáng)度和抗熱震性能優(yōu)異的氧化鋁隔熱材料提供比較和參考;在此基礎(chǔ)上,利用鋁溶膠浸漬修飾制備了綜合性能優(yōu)于氧化鋁空心球磚的氧化鋁隔熱材料。通過(guò)對(duì)所制備材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能、抗熱震性及孔結(jié)構(gòu)的研究分析,可以得到如下結(jié)論:1.采用稻殼、鋸末作為造孔劑,制備了氧化鋁隔熱材料,并借助MIAPS圖像分析軟件對(duì)材料的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了表征。發(fā)現(xiàn)MIAPS軟件可以對(duì)隔熱材料的孔徑分布、平均孔徑等孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)。隨著造孔劑添加量的增大,試樣的氣孔率、平均孔徑隨之增大并且熱導(dǎo)率逐漸下降。但是,該類造孔劑燒失后留下的狹縫形氣孔容易導(dǎo)致應(yīng)力集中,并且燒失后殘留的Na2O和K2O等雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致隔熱材料力學(xué)性能以及荷重軟化溫度顯著下降。此外,為了提高隔熱材料力學(xué)性能,采用鋁溶膠真空浸漬修飾孔形,發(fā)現(xiàn)試樣的狹縫形氣孔向類球形過(guò)渡的同時(shí)平均孔徑顯著降低,其力學(xué)性能也相應(yīng)得到提高。2.為進(jìn)一步優(yōu)化氧化鋁隔熱材料的綜合性能,采用球形度較高且無(wú)雜質(zhì)的淀粉和炭黑作為造孔劑,制備了孔形為球形或者類球形的氧化鋁隔熱材料。結(jié)果表明,將粒徑為微米級(jí)的造孔劑淀粉引入到氧化鋁隔熱材料中,盡管氣孔形狀的優(yōu)化降低了材料的熱導(dǎo)率,但是較大的孔徑導(dǎo)致材料力學(xué)性能以及抗熱震性能較差。與其他造孔劑相比,當(dāng)引入納米級(jí)造孔劑炭黑后,燒成后試樣的孔徑最小,并且展現(xiàn)出最低的熱導(dǎo)率、最為優(yōu)異的力學(xué)性能以及抗熱震性。3.借助分形理論、灰色關(guān)聯(lián)理論和組織學(xué)理論對(duì)氧化鋁隔熱材料孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和抗熱震性的相關(guān)性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,材料中的熱導(dǎo)率主要受到孔徑2μm的氣孔影響;材料的力學(xué)性能受到氣孔率和孔形的影響,氣孔率的降低,氣孔球形度的提高且呈均勻分布時(shí),材料的力學(xué)性能可得到顯著改善;材料的抗熱震性主要受到平均孔徑、分形維數(shù)和孔徑區(qū)間的影響,其中平均孔徑的影響最為顯著。4.根據(jù)上述分析結(jié)果,將以復(fù)合炭黑為造孔劑的試樣輕燒后再浸漬鋁溶膠,并再次二次燒結(jié),制備了球形度高、平均孔徑小和分形維數(shù)低的氧化鋁隔熱材料,并與氧化鋁空心球磚進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)采用5wt%固含量的鋁溶膠浸漬氧化鋁隔熱材料,材料的熱導(dǎo)率顯著低于氧化鋁空心球磚,并且材料強(qiáng)度和抗熱震性與氧化鋁空心球磚性能相當(dāng)。
[Abstract]:Industrial furnace insulation properties to the important role of energy saving and environmental protection. The alumina insulation material with high strength, high temperature, excellent thermal mechanical properties and other characteristics, is used for thermal insulation of high-temperature furnace lining insulation material is the most excellent performance. The alumina insulating material is mainly alumina hollow ball products, often through the material electric melting method to prepare hollow spheres prepared have high energy consumption, volume density and thermal conductivity of defects is too large. In contrast, insulation materials prepared by sintering energy consumption was significantly lower than that of the method, so the research on sintered alumina insulation system is very important. Many factors affect the alumina insulation materials in the influence of pore structure on the properties of materials is the most significant. However, through the optimization of pore structure parameters (porosity, pore size, pore size distribution, pore shape, etc.) to the reduction of oxygen The thermal conductivity of aluminum insulation rate and improving the research on the mechanical properties and thermal shock resistance are rarely reported. In view of the above problems, the main research contents of this paper include: firstly, sawdust, rice husk, starch, and carbon black pore conductance on alumina insulation materials, mechanical properties and thermal shock resistance. And using MIAPS software (image) analysis of the pore structure of the material. On this basis, the theory reveals the mechanism of pore structure on the thermal conductivity of the material by using the grey correlation and organization; then by using fractal theory proved the pore structure parameters of porosity influence on mechanical properties of the material; finally using the fracture mechanics parameters of alumina insulation the thermal shock resistance of materials was calculated, the mechanism of material thermal shock was revealed; above for further research and development of high strength and low thermal conductivity, excellent thermal shock resistance of alumina insulation materials provide a comparison And reference; on this basis, the alumina insulation performance is better than that of alumina bubble brick prepared by aluminum sol impregnation modification system. On the basis of the thermal conductivity of materials, mechanical properties, thermal shock resistance and analysis of pore structure, we can get the following conclusions: 1. by using the rice husk, sawdust as pore forming agent alumina, insulation materials were prepared, and characterized by MIAPS with image analysis software on the pore structure parameters of materials. The pore size distribution of MIAPS software can be found on insulation materials, effective evaluation of average pore size and pore structure parameters. With the increase of the amount of pore forming agent, sample porosity, average pore size increases and the thermal conductivity decreased gradually. However, this kind of slit shaped pore pore loss left after easily lead to stress concentration, and loss of residual Na2O and K2O impurities will cause insulation material mechanical properties And the load softening temperature decreased significantly. In addition, in order to improve the mechanical properties of insulation materials, using aluminum sol vacuum impregnation modified hole, slit shaped specimens and found that stomatal spherical transition to the average pore size decreased significantly, the mechanical properties were also improved.2. comprehensive performance to further optimize the alumina insulation materials, using starch and carbon black spherical and no impurities as pore forming agent, the preparation of the porous shape is spherical or spherical alumina insulating materials. The results showed that the particle size of micron pore starch into alumina insulation materials, although the optimal pore shape reducing thermal conductivity, but larger the aperture causes the material mechanical properties and thermal shock performance. Compared with other pore forming agent, when the introduction of nano pore carbon black after sintering the sample after the minimum aperture, and show The lowest thermal conductivity, the most excellent mechanical properties and thermal shock resistance of.3. based on fractal theory, grey relational theory and organization theory of alumina insulation materials pore structure parameters and thermal conductivity, the correlation between mechanical properties and thermal shock resistance were analyzed. The results show that the thermal conductivity of materials in rate is mainly affected by stomatal aperture effect 2 mu m; the mechanical properties of the material are influenced by porosity and pore shape, lower porosity, pore spherical degree is improved and a uniform distribution, the mechanical properties of the material can be improved; thermal shock resistance of the material is mainly affected by the influence of the fractal dimension and the average pore size, pore size interval, which affect the average the aperture of the most significant.4. according to the above analysis result, the composite carbon black as samples of pore forming agent after calcined alumina sol impregnation, and again two times sintering, preparation of high sphericity and average pore size and Alumina insulation low fractal dimension, and compared with the alumina hollow ball brick, found that the aluminum sol impregnation of alumina insulation material 5wt% solid content, the thermal conductivity of the composites was significantly lower than that of alumina hollow spherical brick, and the material strength and the thermal shock resistance of alumina brick and hollow ball performance.

【學(xué)位授予單位】：武漢科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ175.1

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 沈平生,李大東,閔恩澤;二氧化鈦載體強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)的關(guān)系[J];催化學(xué)報(bào);1984年04期

2 Timothy J.Mays;衛(wèi)凌秋;;利用低壓氣流的測(cè)量確定石墨的孔結(jié)構(gòu)[J];新型碳材料;1986年01期

3 黃曜,李全芝,關(guān)明華,葛在貴;不同方法制備的脫鋁Y沸石的孔結(jié)構(gòu)[J];催化學(xué)報(bào);1993年02期

4 楊俊佼;王丹;;掃描電鏡法研究硅膠填料的孔結(jié)構(gòu)[J];硅酸鹽通報(bào);2008年01期

5 李金旺;鄒勇;程林;;多孔結(jié)構(gòu)毛細(xì)抽吸性能及滲透率測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年11期

6 寧方紅,劉坐鎮(zhèn),諸蓓艷,劉勤鳳,鄔行彥,王彬芳;硼基親和層析介質(zhì)的合成及其應(yīng)用研究 I.基質(zhì)的合成及孔結(jié)構(gòu)[J];華東理工大學(xué)學(xué)報(bào);1998年05期

7 孫德坤,鮑書林,陳晶,須沁華;高硅Y沸石的研制及性能 Ⅱ.沸石孔結(jié)構(gòu)及吸附性能[J];無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào);1999年01期

8 陳胡星,馬先偉,陳柏連;含粉煤灰或礦渣水泥石的孔結(jié)構(gòu)[J];材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2003年03期

9 解強(qiáng),張香蘭,李蘭廷,金雷;活性炭孔結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié):理論、方法與實(shí)踐[J];新型炭材料;2005年02期

10 尤飛;姚遠(yuǎn);胡慶夕;;仿生骨支架微觀孔結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與評(píng)價(jià)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 趙祺;賀傳蘭;張長(zhǎng)生;徐瀾;;混合孔結(jié)構(gòu)硅海綿材料的研制[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2002）[C];2002年

2 鮑俊玲;李悅;謝冰;周孝軍;王敏;;水泥混凝土孔結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[A];中國(guó)混凝土進(jìn)展2010[C];2010年

3 盧天健;;從材料的孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)談如何開展原創(chuàng)性力學(xué)研究[A];中國(guó)力學(xué)大會(huì)——2013論文摘要集[C];2013年

4 常鈞;房延鳳;李勇;;碳酸化對(duì)鋼渣制品孔結(jié)構(gòu)和碳酸化深度的影響[A];2013年混凝土與水泥制品學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集[C];2013年

5 薛用芳;;超薄切片法研究多相催化劑孔結(jié)構(gòu)[A];第三次中國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集（二）[C];1983年

6 戴勁草;吳航宇;蕭子敬;黃繼泰;;幾種多孔粘土復(fù)合材料的孔結(jié)構(gòu)和吸附行為[A];2000年材料科學(xué)與工程新進(jìn)展（上）——2000年中國(guó)材料研討會(huì)論文集[C];2000年

7 劉玉新;;顆粒材料孔結(jié)構(gòu)形態(tài)的測(cè)量和表征[A];第六屆全國(guó)顆粒制備與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2000年

8 馮慶革;盧凌寰;;混凝土孔結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度影響的灰色系統(tǒng)研究[A];《硅酸鹽學(xué)報(bào)》創(chuàng)刊50周年暨中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)2007年學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集[C];2007年

9 張奇龍;趙毅;張?jiān)魄?朱必學(xué);;具有多孔結(jié)構(gòu)的Ag(Ⅰ)配合物的設(shè)計(jì)與合成[A];大環(huán)化學(xué)和超分子化學(xué)的新發(fā)展——當(dāng)前學(xué)科交叉的一個(gè)重要橋梁——中國(guó)化學(xué)會(huì)全國(guó)第十五屆大環(huán)化學(xué)暨第七屆超分子化學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)論文摘要集[C];2010年

10 劉玉新;程曉霞;;加溫老化對(duì)粉體孔結(jié)構(gòu)的影響[A];2003年全國(guó)粉體設(shè)備—技術(shù)—產(chǎn)品信息交流會(huì)論文集[C];2003年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 楊奎;多層多孔結(jié)構(gòu)金屬陶瓷材料[N];廣東建設(shè)報(bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 金枝;水蒸氣活化木材液化物碳纖維的孔結(jié)構(gòu)與性能[D];北京林業(yè)大學(xué);2015年

2 李超;活化棕櫚碳纖維孔結(jié)構(gòu)及其生成反應(yīng)路徑與性能[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

3 仲啟鳳;多孔結(jié)構(gòu)碳材料的制備及功能研究[D];東南大學(xué);2016年

4 劉靜靜;燃盡物法制備氧化鋁隔熱耐火材料孔結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性研究[D];武漢科技大學(xué);2016年

5 蘇向輝;多層多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)熱濕耦合遷移特性研究[D];南京航空航天大學(xué);2002年

6 王曉花;生物多孔鈦力學(xué)行為及孔結(jié)構(gòu)表征[D];西北工業(yè)大學(xué);2014年

7 趙騫;多孔智能水凝膠的合成與性能[D];浙江大學(xué);2009年

8 于文彬;孔結(jié)構(gòu)改型及硅烷化改性對(duì)硅藻蛋白石的苯吸附性的影響及其機(jī)理研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(廣州地球化學(xué)研究所);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 趙璞;復(fù)合孔結(jié)構(gòu)粘土異構(gòu)材料吸附室內(nèi)空氣中乙醛、甲苯的性能[D];浙江大學(xué);2015年

2 何龍;基于SLS的多孔結(jié)構(gòu)體二次燒結(jié)工藝研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

3 溫英林;褐煤孔結(jié)構(gòu)調(diào)變及其對(duì)提質(zhì)煤水分復(fù)吸行為影響的研究[D];太原理工大學(xué);2016年

4 葉莎;聚乙烯亞胺/炭凝膠CO_2吸附材料的孔結(jié)構(gòu)和吸脫附性能關(guān)系[D];浙江大學(xué);2016年

5 宋榮偉;懸垂結(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)的選擇性激光熔化成型研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2016年

6 孟慶超;混凝土耐久性與孔結(jié)構(gòu)影響因素的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

7 段平;海水環(huán)境下混凝土孔結(jié)構(gòu)演變規(guī)律研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

8 尹紅宇;混凝土孔結(jié)構(gòu)的分形特征研究[D];廣西大學(xué);2006年

9 劉海東;具有微/納多孔結(jié)構(gòu)NiO的制備及其電化學(xué)和催化性能研究[D];安徽大學(xué);2010年

10 劉鑫鑫;具有貫通孔結(jié)構(gòu)的整體催化劑的制備及應(yīng)用[D];齊齊哈爾大學(xué);2012年

，

本文編號(hào)：1594912