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摘 要

在对地质聚合物陶瓷化相关课题的文献调研中，发现铯基地聚物的陶瓷化产物相比于钾基和钠基的同类产物的耐火性能、抗蠕变性能和力学性能都更加优秀。而在某些高温环境下特殊的工程学领域中，这些性能非常重要。在本研究中，使用5-35wt％堇青石作为骨料和增强材料，以铯基地质聚合物作为前驱体制备出铯榴石陶瓷。使用众多分析仪器对陶瓷化的样品进行了分析。发现700℃以上热处理后XRD图谱上出现铯榴石的特征峰，并随着温度的提高，特征峰的峰值也增大，温度达到1200℃后出现莫来石特征峰，并随温度的提高峰值增大。在SEM图像上可以清晰的观察到铯榴石陶瓷的烧结过程和结晶过程。热重曲线说明了陶瓷化过程中质量的变化情况，可以推断出铯会在高温下的挥发。抗压强度曲线也表明了陶瓷化对铯基地质聚合物力学性能的提高，还有堇青石的增强效果。由此可见，铯基地质聚合物的陶瓷化产物是一种性能优秀的耐热材料，而掺入堇青石能有效地提高陶瓷的性能。

关键词：铯基地质聚合物；铯榴石陶瓷；堇青石；莫来石

Abstract

When conducting literature surveys on the related topics of geopolymer ceramization, it was found that the cerium-based geopolymer ceramization products have higher fire resistance, creep resistance and mechanical properties than potassium-based and sodium-based geopolymer ceramization products better. In some special engineering fields under high temperature environment, these properties are very important. In this study, 5-35wt% cordierite was used as aggregate and reinforcing material, and pollucite ceramics were prepared using cesium-based geopolymers as precursors. The samples were analyzed using numerous analytical instruments. It is found that the characteristic peak of pollucite appears on the X-ray diffraction pattern after heat treatment above 700 ℃, and as the temperature increases, the peak of the characteristic peak also increases. After the temperature reaches 1200 ° C, the characteristic peak of mullite appears, and with the temperature increase the peak value. The sintering process and crystallization process of pollucite ceramics can be clearly observed on the SEM image. The thermogravimetric curve also clearly illustrates the change in mass during the ceramization process, from which the volatilization of cesium at high temperatures can be inferred. The thermal shrinkage curve and thermal expansion curve also clearly show that cordierite reduces the thermal shrinkage rate and thermal expansion coefficient of pollucite ceramics, and effectively improves the thermal stability of pollucite ceramics. The compressive strength curve also shows that ceramization improves the mechanical properties of cesium-based geopolymers, as well as the enhancement effect of cordierite. It can be seen that the ceramic product of cesium-based geopolymer is a heat-resistant material with excellent performance, and the addition of cordierite can effectively improve the performance of ceramics.

Key Words：cesium geopolymer composite；Pollucite ceramic；cordierite；sillimanit

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 耐火材料研究 1

1.2.1 耐火材料的组成 1

1.2.2 耐火材料的分类 2

1.3 地质聚合物陶瓷化研究 3

1.3.1 地质聚合物简介 3

1.3.2 地质聚合物的陶瓷化 4

1.4 地质聚合物陶瓷化复合材料 5

1.5 本文研究主要内容 6

第2章 测试方法及实验步骤 8

2.1 原材料 8

2.2 复合铯基地质聚合物制备方法 9

2.2.1 硅酸铯溶液的制备 9

2.2.2 铯基地质聚合物制备 9

2.2.3 复合铯基地质聚合物制备 9

2.3 陶瓷化过程 9

2.4 分析测试方法与设备 10

2.4.1 XRD衍射光谱分析 10

2.4.2 扫描电镜分析 10

2.4.3 热分析 10

2.4.4 其他仪器设备 10

2.5 铯基地质聚合物与陶瓷化产物性能测试 11

2.5.1 样品微观形貌及相分布的测试 11

2.5.2 样品相组成的测试 11

2.5.3 样品热分析 11

2.5.4 样品力学性能测试 11

第3章 实验结果与分析 12

3.1 物相分析 12

3.2 微观结构转变 15

3.3 热分析 17

3.4 力学性能分析 18

3.5 本章小结 20

第4章 结果与展望 21

4.1 全文总结 21

4.2 未来展望 21

参考文献 23

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景

近年来，由于建筑领域中某些结构的耐热性要求，对先进耐热材料的需求引起了工程领域的广泛关注。在由水泥或钢筋混凝土制成的建筑物中，水泥石在高温下的脱水收缩以及骨料的热膨胀会在混凝土中造成很大的内应力，破坏水泥石与骨料之间的结合力，并导致混凝土构件表面出现裂缝，建筑结构结构变脆并且强度降低。​如果它们暴露于极端条件下，例如温度达到或超过1000°C，基体会因其内部结构的分解而出现问题，整个基体从外到内，从剥落到开裂，最终混凝土构件从开裂到断裂，完全失去强度，没有修复的意义，只能拆掉重新设计。 

地质聚合物技术因其在耐火、耐热上的出色性能而在业界引发了广泛的关注。地质聚合物通常是无定形的，由交联的AlO₄和SiO₄四面体构成，电荷平衡由碱金属阳离子提供。地质聚合物具有优秀的耐火耐热性能，熔点高于1400℃，远高于普通水泥混凝土。在高温环境下，地质聚合物不会像普通水泥混凝土发生分解、开裂导致结构破坏，而是会发生陶瓷化反应生成榴石类陶瓷，这一类型的陶瓷也具有良好的耐火性能。目前已有许多研究者对地质聚合物的陶瓷化过程及其性能优良许多的研究，发现在地质聚合物的基础上，复合石墨烯纳米片、玻璃纤维、堇青石等不同的材料，对其陶瓷化产物的性能有明显提高。 

1.2 耐火材料研究

耐火材料通常是指耐火度高于1580°C的无机非金属材料。​它在我们的日常生活、工业生产以及设备制造中十分常见。耐火材料在较高的温度下依旧具有较高的机械性能、较低的热膨胀率，是许多在温度极高环境下的使用的设备必须的材料。耐火材料需要具备在不同高温环境下长期使用的能力​，因此，对耐火度、抗热震性、极端条件下的机械性能等性能的要求较高。此外，要求许多特殊用途的耐火材料需要保证在生产过程中保证尺寸的绝对正确。

1.2.1 耐火材料的组成

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