近年來,在“綠色發(fā)展”的創(chuàng)新引領(lǐng)下,“節(jié)能減排”和“產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級”已成為高溫行業(yè)的共識并取得了長足發(fā)展。在此期間,實現(xiàn)耐火材料的輕量化逐漸成為行業(yè)共識。與傳統(tǒng)重質(zhì)耐火材料高體積密度,高熱導(dǎo)率相比,輕量耐火材料在實現(xiàn)低體積密度,尤其是低熱導(dǎo)率的同時,又能確保媲美重質(zhì)耐火材料的使用性能,其成功應(yīng)用將有益于高溫行業(yè)熱耗散大這一問題的解決。目前,關(guān)于輕量耐火材料的研究主要集中在輕量骨料的開發(fā)上,這是基于骨料的適當(dāng)輕量化并不會顯著降低耐火材料的使用性能這一判斷。其中,骨料輕量化寄望于增加其閉氣孔率,但這不可避免造成顯氣孔率的升高,這不利于確保其應(yīng)用于耐火制品時應(yīng)具備的良好的抗熔渣侵蝕以及力學(xué)性能。針對上述問題,本論文提出在耐火材料實現(xiàn)梯度密度結(jié)構(gòu)的設(shè)計,并將其應(yīng)用于剛玉-尖晶石質(zhì)耐火材料,研究了基質(zhì)組成、制備工藝等對該材料輕量化以及性能的影響,探討了材料中梯度密度的形成機(jī)理,同時成功表征了這一結(jié)構(gòu);接著,研究了碳酸鍶的添加對于輕量耐火材料基質(zhì)中片狀互鎖結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑以及對材料性能的影響;再次,研究了在該輕量耐火材料中引入氧化鋁空心球后對其性能的影響,并基于此,在重質(zhì)耐火材料中以較大添量引入氧化鋁... 

【文章來源】：西安建筑科技大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：142 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

重質(zhì)鎂鈣質(zhì)耐火材料渣蝕前（a）和渣蝕后（b）的顯微結(jié)構(gòu)對比[17]

西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文4部分燒結(jié)法所制備的材料的致密度相對較高，一般情況下，材料的相對密度可以達(dá)到90%，同時材料的體積密度和氣孔率都可以比較容易進(jìn)行控制，但采用該方法所制備的材料其氣孔形狀和分布不易控制，目前該方法多適用于氧化鋯以及氧化鎂等材料體系。1.3.2造孔劑燒失法造孔劑燒失法，也簡稱為燒失法。這種方法通常被用于制備具有保溫隔熱功能的輕質(zhì)耐火材料。在其制備過程中，往往會加入不同含量的淀粉、石墨、焦炭、碳纖維、碎木屑、有機(jī)高分子微球、農(nóng)業(yè)固廢等造孔劑，這些材料在高溫下變成氣體揮發(fā)，最終燒失后會在材料內(nèi)部留下氣孔，通過控制它們的加入量往往可以獲得輕量耐火原料[60]。聚甲基丙烯酸甲酯微球（PMMA）作為一種造孔劑[29,40]，多用于多孔陶瓷的制備。研究發(fā)現(xiàn)，PMMA的含量和粒徑對多孔YSZ陶瓷的性能會產(chǎn)生重要影響，其粒徑和含量對YSZ陶瓷氣孔率和彎曲強(qiáng)度的影響如圖1.3和圖1.4所示，從中可以看出，調(diào)整PMMA的粒徑和加入量可以控制YSZ陶瓷的氣孔率和彎曲強(qiáng)度，從而在確保強(qiáng)度的同時也具有較高的氣孔率[61]。在氧化鋁多孔陶瓷的制備中，也用到了谷殼和蔗渣等農(nóng)業(yè)固廢作為造孔劑，所得到的多孔陶瓷的氣孔率在20%和70%之間，且具有較高的耐壓強(qiáng)度和低的熱導(dǎo)率[62]。此外，淀粉也被用作造孔劑來制備堇青石多孔陶瓷[63]以及氧化鋯-氧化鋁復(fù)相多孔陶瓷[64]。圖1.3添加不同粒徑及含量的PMMA所制備YSZ陶瓷的氣孔率[61]Fig.1.3TotalporosityofsinteredporousYSZceramicswithdifferentPMMAcontentandparticlesize[61]

西安建筑科技大學(xué)博士學(xué)位論文71.3.6放電等離子燒結(jié)技術(shù)放電等離子燒結(jié)是近年來發(fā)展起來的一種技術(shù)，是利用直流脈沖電流直接通電加熱并加壓的燒結(jié)方法，整個燒結(jié)過程可以在真空環(huán)境或者保護(hù)性氣氛中進(jìn)行，常用于各種精細(xì)陶瓷的制備[76]。Sung-TagOh等[77]利用放電等離子體燒結(jié)技術(shù)制備了相對密度為81%的多孔氧化鋁陶瓷。由于燒結(jié)速率快，有效抑制了樣品的晶粒生長，因此所制備的陶瓷樣品晶粒細(xì)小且結(jié)合面積較大。對比更高溫度下熱壓燒結(jié)的試樣，圖1.6（b）可以看到晶粒之間具有較為明顯的“頸部結(jié)合”。通過放電等離子燒結(jié)的方法，Chakravarty等[78]還制備了多孔高強(qiáng)的氧化鋁陶瓷。當(dāng)采用這種方法制備輕量耐火骨料時，往往在較低的燒結(jié)溫度下便可以實現(xiàn)，同時材料也具有較高的強(qiáng)度，但生產(chǎn)效率較為低下。圖1.6不同燒結(jié)方法制備的氧化鋁多孔陶瓷顯微照片：（a）熱壓燒結(jié)（b）放電等離子燒結(jié)[77]Fig.1.6SEMmicrographsofporousAl2O3ceramicswithdifferentpreparationmethods，(a)hotpressing,(b)sparkplasmasintering[77]1.3.7冷凍干燥法冷凍干燥法是利用水等介質(zhì)在低溫下凝固，之后在真空條件下升華可留下規(guī)律性分布的氣孔，最后通過高溫?zé)崽幚韽亩@得多孔材料的一種方法，圖1.7是冷凍干燥法中常用到的單向冷凍模具的示意圖，可以看出該模具由保溫層、銅柱、不銹鋼容器以及樹脂圓筒組成，經(jīng)由注氮槽注入液氮形成定向的溫度梯度，使?jié){料凝固[79]。研究人員通過對冰在漿料內(nèi)的結(jié)晶動力學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)通過控制冷凍速度、冷凍方向、外加磁嘗固相含量、添加劑等可以冰的結(jié)晶形貌，進(jìn)而得到預(yù)期的多孔結(jié)構(gòu)。Zhang等[80]利用冷凍干燥法，通過改變外加劑的種類與含量制備了具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的多孔Al2O3陶瓷，葉楓等通過冷凍干燥

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3412436