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凝胶注模莫来石隔热材料的制备与性能

毋娟

   随着社会的进步和科学的发展,环境污染和资源枯竭越来越受到人们的重视,降低高温窑炉的能耗也成为人们关注的重点,这就急切要求我们开发出具有较高力学性能、更低热导率的新型隔热耐火材料。 本文采用矾土与硅灰做原料,聚苯乙烯球做造孔剂,通过水基丙烯酰胺体系凝胶注模制备莫来石隔热材料;研究料浆的流变性来确定最佳固相含量、pH值和分散剂用量;分析胶凝机理和胶凝时间来确定最佳催化剂和引发剂用量;研究坯体的DSC-TG曲线,以及各个温度下烧结样品的XRD曲线,确定材料的烧结工艺;研究单体含量、体积密度、造孔剂大小和烧成温度对样品性能与结构的影响;建立有效热导率计算模型,分析材料气孔率、造孔剂粒径大小和测试温度对材料热导率的影响。主要结果如下: 当固相含量为60 vol%、pH值为9、分散剂加入量为0.33 wt%时,料浆具有较高的固相含量和最佳流变性;考虑到方便操作和提高生产效率,若料浆的凝胶时间为0.5h,引发剂与催化剂最佳加入量分别为0.035 wt%与0.05 wt%。 有机物分解温度区间为285℃~600℃,而莫来石化温度为1000℃~1400℃之间,莫来石相在1550℃成为主晶相,此时烧结材料耐压与抗折强度分别高达1.7 MPa和0.8 Mpa (0.4 g/cm3),微观结构较均匀,晶体发育较完整,并产生许多纳米级整齐排列的晶粒层,所以试验范围内最佳烧结温度1550℃。 通过引用Budiansky的自协调理论建立模型分析认为:降低基质材料的气孔率和细化晶粒是同时提高强度和韧性的一个有效手段。这也是实验中材料获得较高强度的主要原因。 通过有效热导率计算模型,分析表明:造孔剂孔径越小,气孔率越高,测试温度越低,莫来石隔热材料的热导率越低;实验结果与计算结果相吻合,当造孔剂粒径<1 mm,气孔率为87%时,材料600℃的热导率低至0.16 w·m-1·k-1,隔热保温效果优异。……   
[关键词]:隔热材料;莫来石;流变性能;烧结性能;热导率
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年