新型凝胶注模法制备六铝酸钙基多孔陶瓷的研究

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随着冶金高温行业的发展,多孔材料的使用迅速增加,人们对多孔陶瓷的性能要求越来越高。六铝酸钙基多孔陶瓷具有诸多优点:主要结晶区大、在碱环境下抗化学侵蚀能力强、在还原性气氛中化学稳定性强、在多元系中有较低的溶解性等。这些优点使六铝酸钙基多孔陶瓷在冶金高温、环保等行业有着十分广阔的应用前景。凝胶注模法是制备六铝酸钙基多孔陶瓷的一种常用方法,但传统的凝胶注模法工艺复杂,且在工艺过程中会用到大量的有机物,因此,探究出工艺简单、经济环保的新型凝胶注模法成为亟待解决的问题。本文旨在开发新型凝胶注模法制备性能优良的六铝酸钙基多孔陶瓷。本文以ρ-Al2O3和CaCO3为原料,使用去离子水作为溶剂和造孔剂,采用新型水基凝胶注模法成功制备出六铝酸钙多孔陶瓷,探究了烧结温度、固相含量对六铝酸钙多孔陶瓷结构和性能的影响。以Al2O3和CaCO3为原料,薜荔果胶作为凝胶剂,采用新型果胶基凝胶注模冷冻干燥法成功制备出六铝酸钙多孔陶瓷,探究了烧结温度、果胶浓度、固相含量对六铝酸钙多孔陶瓷结构和性能的影响。主要获得了以下研究结论。(1)使用新型水基凝胶注模法和果胶基凝胶注模冷冻干燥法两种制备工艺均成功制备出六铝酸钙基多孔陶瓷,六铝酸钙的最佳形成温度为1550℃,六铝酸钙晶粒呈片层状结构。(2)使用新型水基凝胶注模法制备的六铝酸钙基多孔陶瓷,随着固相含量的升高,显气孔率、线性收缩率和平均孔径逐渐降低,体积密度、抗压强度和热导率逐渐升高,制备出的多孔陶瓷的显气孔率为42.4~68.1%,抗压强度为7.91~61.66MPa,热导率为0.477~1.651 W/(m·K),平均孔径为 0.775~2.028μm。(3)使用新型果胶基凝胶注模冷冻干燥法制备的六铝酸钙基多孔陶瓷,随着固相含量的升高,显气孔率、线性收缩率和平均孔径逐渐降低,体积密度、抗压强度和热导率逐渐升高,制备出的多孔陶瓷的显气孔率为66.4~75.1%,抗压强度为0.71~2.06MPa,热导率为0.223~0.360W/(m·K),平均孔径为1.122~3.310μm。
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