發(fā)布時間：2020-10-19 19:26

　　 我國作為陶瓷生產(chǎn)大國,消耗了大量的粘土資源,導(dǎo)致粘土資源儲量急劇下降,同時也對環(huán)境造成了巨大的破壞。為了解決陶瓷工業(yè)發(fā)展面臨的原料問題,本文提出了利用主要成分為二氧化硅的沙漠風(fēng)積沙取代常見粘土原料,通過粉末燒結(jié)法合成堇青石陶瓷,并加入氧化釔、氧化釹燒結(jié)助劑改善堇青石陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能。以儲量豐富的沙漠風(fēng)積沙為原料來制備陶瓷,對于陶瓷綠色生產(chǎn)、節(jié)約礦物資源和保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。粉末燒結(jié)法是目前最常見的陶瓷制備方法,但利用高純原料制備堇青石陶瓷的燒結(jié)性能較差,表現(xiàn)為燒結(jié)溫度高,堇青石含量低,成品孔隙率高。通過添加合適的燒結(jié)助劑可以改善堇青石陶瓷的燒結(jié)性能,降低燒結(jié)溫度,增大瓷體致密度與機(jī)械強(qiáng)度。本文先對堇青石陶瓷的成分及燒結(jié)工藝進(jìn)行了研究,然后研究了稀土氧化物對陶瓷相轉(zhuǎn)變、微觀組織、孔隙率、彎曲強(qiáng)度、熱膨脹系數(shù)的影響。風(fēng)積沙中的低熔點雜質(zhì)成分在高溫時易形成液相,Al~(3+)和Mg~(2+)的擴(kuò)散速度更快,有利于提高堇青石的擴(kuò)散形核速率。Y_2O_3的適量加入可以顯著促進(jìn)中間相向堇青石相的轉(zhuǎn)變,當(dāng)Y_2O_3添加量為4 wt%時,堇青石的形成溫度最低。當(dāng)在1300℃保溫4小時,Y_2O_3含量達(dá)到6 wt%時,陶瓷由α-堇青石組成,基體中只殘留少量玻璃相。Y_2O_3的添加使得陶瓷玻璃相增加,開口孔逐漸向閉口孔轉(zhuǎn)變,陶瓷致密度增加。隨著Y_2O_3含量的增加,Y~(3+)主要富集于液相,在堇青石晶體中的固溶度并不高,對陶瓷整體的熱膨脹系數(shù)增加幅度不大。隨著Y_2O_3含量的增加,陶瓷的彎曲強(qiáng)度增加,并在添加量為10 wt%時達(dá)到最大值。Nd_2O_3作為燒結(jié)助劑,具有促進(jìn)堇青石的形成作用。Nd_2O_3含量為6 wt%時,堇青石的形成溫度最低。在1300℃保溫4小時,中間相幾乎全部消失,堇青石的生成量最高。隨著Nd_2O_3含量的逐漸增加,陶瓷氣孔逐漸減少,致密度增加。陶瓷的彎曲強(qiáng)度隨著Nd~(3+)含量的增加而增加,熱膨脹量隨Nd_2O_3含量的增加大致呈線性增加,但增加量不大。通過對比,發(fā)現(xiàn)Na_2B_4O_7對堇青石形成的促進(jìn)作用不如Y_2O_3大,添加Na_2B_4O_7形成的液相燒結(jié)也不能有效地促進(jìn)中間相尖晶石分解,但Na_2B_4O_7形成液相的能力更大,對陶瓷致密度有著更好的促進(jìn)作用。
【學(xué)位單位】：內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ174.1
【部分圖文】：

圖 1-1 α-堇青石晶體結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1-1 Structure of α-cordierite crystal堇青石晶體沿 a 軸和 c 軸的熱膨脹系數(shù)分別為 2.5×10-6/℃和-0.9×10-6/℃，平均值1.0)×10-6/℃[24]。但實際堇青石陶瓷由于雜質(zhì)元素存在，測得的熱膨脹系數(shù)高于。表 1-1 為幾種陶瓷的熱膨脹性能比較。表 1-1 幾種陶瓷和堇青石陶瓷的物理性能[25]Table 1-1 Physical properties of several ceramic and cordierite ceramics物理性能 氧化鋁 莫來石 堇青石熱膨脹系數(shù)α (×10-6/℃) 8.1 5.0 1.5介電常數(shù)ε (25℃) 9.5 6.6 5.0彎曲強(qiáng)度σbb(MPa) 350 270 245

利用球磨機(jī)加水濕磨，然后對烘干的粉料進(jìn)行壓力成型，最后在燒結(jié)爐中以不同溫度進(jìn)行燒結(jié)，具體工藝如圖2-1 所示。圖 2-1 陶瓷制備工藝流程Fig. 2-1 Preparation process of ceramic2.1.1 球磨物料粉碎的方式有多種，包括：機(jī)械沖擊式粉碎、滾筒球磨、行星式球磨、振動粉碎、氣流粉碎等，其中行星式球磨是一種經(jīng)濟(jì)、高能、高效的研磨方式。行星式球磨機(jī)的轉(zhuǎn)盤上裝有四個尼龍球磨罐。在控制器中設(shè)定好轉(zhuǎn)速（公轉(zhuǎn)：30 r/min）后，球磨罐圍繞轉(zhuǎn)盤軸心做高速公轉(zhuǎn)運動，同時每個球磨罐本身做高速自轉(zhuǎn)運動，最終罐體中的物料在磨球的高速作用下被混勻和研磨。與其它研磨方式相比較，行星式球磨具有以下特點：1. 出料粒度較小，最小可達(dá)到 0.5 μm。2. 球磨罐轉(zhuǎn)速快，研磨時間短，效率高。3. 密封效果好，取樣方便，安全性高，無污染與損耗。實驗時，將配制好的物料放入 QM-ISP2-CL 行星式球磨機(jī)，經(jīng)編號后進(jìn)行球磨，球磨參數(shù)為：物料/氧化鋯磨球/水=1/3/1，球磨時間 5 h。出料時

圖 2-2 平均粒度Fig. 2-2 The average particle size2 干燥助熱能使物料脫水的過程稱為干燥。物料中的水分按照結(jié)合方式可分為、吸附水及化學(xué)結(jié)合水。自由水（機(jī)械結(jié)合水）是物料直接與水接觸而很容易被排除，但極易引起坯體體積收縮。吸附水是物料中的顆粒表面水分形成的，排除后坯體體積幾乎不產(chǎn)生收縮。化學(xué)結(jié)合水是指以原子形式包裹在礦物原料分子結(jié)構(gòu)中的水分，如結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水。由于水分，不易被排除，一般排除結(jié)構(gòu)水需要 400~600°C 的溫度。驗時，將球磨好的漿料灌入搪瓷杯，編號后放入干燥箱中進(jìn)行干燥。干為 100°C，干燥時間為 24 h。3 粉碎
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2847623