论文总字数：25932字

摘 要

莫来石因具有耐高温、高强度、膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、高温蠕变小、化学及相稳定性好等众多优异性能而备受人们的青睐。本文以Al₂O₃、Al(OH)₃为铝源，硅微粉、硅溶胶为硅源，以Li₂CO₃、K₂CO₃、TiO₂、ZnO为添加剂，以固相法合成莫来石，研究不同Si、Al原料类型、添加剂及其含量对莫来石合成转化率、晶体形貌、抗高温蠕变性等的影响。

由文可得，以氧化铝为铝源、硅微粉为硅源以K₂CO₃为添加剂，含量为1.8%在1600℃合成的莫来石烧结性能最好，即其体积密度最高，气孔率最低，所得莫来石材料最为致密。在1600℃下，K₂CO₃对试样抗弯强度σ、抗蠕变性能有明显的线性提升作用，对试样的抗热震性有明显的降低作用。K₂CO₃添加量增加，试样的抗弯强度σ增大，抗高温蠕变性能越好，抗热震性越差。K₂CO₃能促进莫来石晶体的生长发育。

关键词：莫来石 合成 抗高温蠕变性 添加剂 晶粒形貌

Study on the synthesis and and high temperature properties of mullite

Abstract

Mullite have been widely used because of their excellent properties including high temperature, high strength, low expansion coefficient, low thermal conductivity, thermal shock resistance, low temperature creep, chemical and phase stability, and others. This paper is constructed for using the Al₂O₃, Al (OH) ₃ as aluminum source; silica powder, silica sol as silicon source; Li₂CO₃, K₂CO₃, TiO₂, ZnO as additive; with solid phase synthesis of mullite study different Si, Al types of raw materials, additives and their contents on Mo mullite synthesis conversion rate, crystal morphology, the influence of high temperature creep resistance.

From the paper, we can obtained that alumina aluminum source, silicon source with K₂CO₃ microsilica as an additive in an amount of 1.8% at 1600 ℃ synthetic mullite sintering best performance, that is, its highest volume density, low porosity, resulting mullite The most dense material. at 1600 ℃, adding K₂CO₃ bending strength of the sample σ, creep resistance significantly enhance the role of linear, thermal shock resistance of the sample significantly reduced role. K₂CO₃ added increased bending strength σ increases, better resistance to high temperature creep properties of the sample, the worse the thermal shock resistance of the sample.K₂CO₃ can promote the growth of mullite crystals.

Key Words: Mullite; Synthesis; High temperature creep resistance; Additives; Grain morphology

目 录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 莫来石概况

1.2.1 Al2O3-SiO2系相图

1.2.2 莫来石晶体结构和固溶范围

1.3 莫来石的高温力学性能

1.3.1 莫来石的抗高温蠕变性

1.3.2 莫来石的抗热震性能

1.4 莫来石的研究现状 8

1.4.1 莫来石的制备方法 8

1.4.2 莫来石陶瓷材料的应用

1.4.3 莫来石的发展前景

1.5 影响莫来石合成的因素

1.5.1 原料的纯度对莫来石合成的影响

1.5.2 原料的细度的影响

1.5.3 Al2O3/SiO2比的影响

1.5.4组分对合成莫来石的影响

1.5.5 缎烧温度的影响

1.6 本课题的研究目的、意义及主要内容

1.6.1 研究的目的和意义

1.6.2 主要的研究内容

第二章 实验

2.1 实验原料

2.2 实验设备

2.3 实验过程

2.3.1 工艺流程

2.3.2 配料

2.3.3 球磨

2.3.4 烧结

2.3.4 加工

2.4 实验方法及表征

2.4.1 显气孔率及体积密度

2.4.2 抗弯强度

2.4.3 抗蠕变性能的测试

2.4.4抗热震性能的测试

2.4.5 X射线衍射分析

2.4.6 扫描电镜分析

第三章 结果与讨论

3.1 原料对莫来石合成的影响

3.1.2 物相组成分析

3.1.2 烧结性能

3.1.3 显微结构

3.2 添加剂对莫来石合成的影响

3.2.1 物相分析

3.2.2 烧结性能

3.2.3 显微结构

3.3 添加剂的含量对莫来石合成的影响

3.3.2 物相分析

3.3.1 烧结性能

3.3.3 高温力学性能

3.3.4 显微结构

第四章 结论

参考文献

致谢

绪论

1.1 引言

随着现代科学技术的发展，陶瓷材料在国民经济和人民生活中起着越来越重要的作用，已成为国民经济重要的支柱产业^[1]。陶瓷材料以其高强度、高熔点、耐磨性好等优点被广泛应用于硅酸盐、动力、航空等工业领域^[2]，其中，陶瓷耐高温性能好、使用寿命长的特性，使其可作为耐火材料如高温窑具、承烧板、推板等，在高温领域方面具有重要地位。随着现代加工工艺要求的不断提高，对陶瓷材料的高温力学性能要求也越来越高。

莫来石因具有抗热震稳定性好、荷重软化温度高、抗渣性好及较高的抗蠕变性等优良性能，被认为是一种耐火工业、电子、光学和高温结构等领域的重要侯选材料，逐渐受到人们的青睐。莫来石最早在苏格兰Mull岛发现。直到1924年，莫来石以苏格兰的莫来岛命名。然而天然莫来石非常稀少，世界上至今没有发现具备开采经济价值的天然莫来石矿，我国天然莫来石在湖北武安县和河南省林县有所发现^[3]。人造莫来石是常见且应用广泛的一种矿物。莫来石（Mullite）化学式为3Al₂O₃·2SiO₂，理论组成Al₂O₃71.8%，SiO₂28.2%，它是Al₂O₃-SiO₂二元系中常压下唯一稳定存在的二元化合物^[4]。莫来石具有熔点高，膨胀系数小、热导率低、抗热震性好、高温强度大、高温蠕变小、介电常数低、中红外透光性及电绝缘性优良、化学及相稳定性好等众多优异性能，广泛应用于传统以及先进陶瓷材料领域^[5-7]。莫来石的工业生产始于60年代，70年代产量猛增，现在世界年产莫来石及其熟料制品约50万吨，因而研究莫来石的合成具有重要的意义^[8]。

1.2 莫来石概况

1.2.1 Al2O3-SiO2系相图

图1-1是Al₂O₃-SiO₂二元系相图，由图可知，莫来石是Al₂O₃-SiO₂系中唯一稳定的化合物，组成处在2Al₂O₃·SiO₂至3Al₂O₃·2SiO₂之间。莫来石本身的组成是72% Al₂O₃和28% SiO₂，饱和固溶体组成是78% Al₂O₃和22% SiO₂，即莫来石固溶体中最高可固溶6%的Al₂O₃。比较这区间固溶体的性能：典型的莫来石3Al₂O₃·2SiO₂的组成，其熔点较高（1850℃），硬度大，高温蠕变小，抗化学腐蚀性好，显示出优良的耐火性能^[9]。但若组分中SiO₂过量，则会出现相转变，降低材料的综合使用性能，若Al₂O₃过量，则会增加材料的热膨胀，降低材料的热震稳定性；莫来石拥有其它无机非金属材料不具备的优良特性，如较低的热传导系数和热膨胀系数，高的抗高温蠕变性和热震稳定性，优良的电绝缘性、化学稳定性和高温强度等，可作为高温结构材料，红外透明窗口、微电子基底材料，还可作为催化剂载体材料。

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