【摘 要】
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粉煤灰是一种典型的工业固体废弃物,每年数以亿吨的粉煤灰排放严重影响了人类健康和生态平衡。粉煤灰的主要成分是莫来石和二氧化硅,适宜制备莫来石及其复合材料。冶金高温炉窑内衬通常由耐火陶瓷骨料浇筑而成,引入多孔陶瓷代替致密耐火骨料可降低炉窑内衬密度、增强保温性能,为冶金工业生产降低能耗。为将粉煤灰高附加值精细化利用,选用粉煤灰为主要原料,分别以高铝矾土或铝灰为铝源,加入工业碳化硅、钾长石粉、淀粉、五氧化
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粉煤灰是一种典型的工业固体废弃物,每年数以亿吨的粉煤灰排放严重影响了人类健康和生态平衡。粉煤灰的主要成分是莫来石和二氧化硅,适宜制备莫来石及其复合材料。冶金高温炉窑内衬通常由耐火陶瓷骨料浇筑而成,引入多孔陶瓷代替致密耐火骨料可降低炉窑内衬密度、增强保温性能,为冶金工业生产降低能耗。为将粉煤灰高附加值精细化利用,选用粉煤灰为主要原料,分别以高铝矾土或铝灰为铝源,加入工业碳化硅、钾长石粉、淀粉、五氧化二钒等添加剂,采用高温发泡法和添加造孔剂法分别制得莫来石闭孔陶瓷和莫来石-刚玉多孔陶瓷。从碳化硅添加量、煅烧温度、钾长石添加量、保温时间、淀粉添加量等方面系统地研究了合成试样的物相组成、显微形貌、常温耐压强度、抗热震性和导热特性变化规律。本论文获得的主要结果有:（1）以粉煤灰为主要原料,高铝矾土为铝源,采用高温发泡法成功制备出莫来石闭孔陶瓷。系统地研究了发泡剂SiC添加量、煅烧温度、熔剂钾长石添加量和保温时间对对制备莫来石闭孔陶瓷性能的影响,探讨了合成过程中热力学可行性和最佳工艺参数。研究表明,高温发泡法制备莫来石闭孔陶瓷的适宜条件为:1600℃保温6h,粉煤灰与高铝矾土的配比为1:1.5,添加SiC的质量分数为10%,添加钾长石的质量分数为12%,制得试样闭口气孔率为25.7%,体积密度为2.30g·cm-3,耐压强度为27.74MPa,抗热震（水冷）次数为5次,高温（800℃）热导率为1.95W·m-1·K-1的莫来石闭孔陶瓷。（2）选用最佳制备工艺参数（1600℃保温6h,粉煤灰与高铝矾土的配比为1:1.5,添加SiC的质量分数为10%,添加钾长石的质量分数为12%）,采用高温发泡法成功制备莫来石闭孔陶瓷。XRD结果显示,试样的主晶相为莫来石且图谱中无其他杂峰。SEM结果显示,电子显微镜500倍率下可观察到分布均匀且封闭的孔洞,5000倍率下可清晰地观察到柱状莫来石晶粒,且棱柱形莫来石晶体均匀分布在玻璃相中。（3）选用铝灰作为铝源,淀粉为造孔剂,采用添加造孔剂法成功制备出莫来石-刚玉多孔陶瓷,系统地研究了造孔剂淀粉添加量和煅烧温度对制备莫来石-刚玉多孔陶瓷的性能的影响。结果表明,添加造孔剂法制备莫来石-刚玉多孔陶瓷的适宜条件为:1100℃保温1h,粉煤灰与铝灰的质量配比为1:2,添加质量分数为20%的淀粉,可制得显气孔率为58.4%,体积密度为1.38 g·cm-3,常温耐压强度为18.39MPa,抗热震（水冷）次数为5次,常温热导率为1.28W·m-1·K-1的莫来石-刚玉多孔陶瓷。（4）选用最佳制备工艺参数（1100℃保温1h,粉煤灰与铝灰的质量配比为1:2,添加质量分数为20%的淀粉）,采用添加造孔剂法成功制备莫来石-刚玉多孔陶瓷。XRD结果显示,试样的主晶相为莫来石和刚玉,且图谱中无其他杂峰。SEM结果显示,试样内部孔隙交错相通且分布均匀,电子显微镜5000倍率下可观察到块状晶粒被液相物质覆盖包裹。
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