堇青石质隔热材料强度提升的诀窍

文摘   科技   2024-11-05 17:36   河南  
该文发表于《耐火材料》2024年第58卷第1期

秦梦黎,罗颖,申自强,等.莫来石晶须/陶瓷纤维增强堇青石质隔热材料[J].耐火材料,2024,58(1):8-12.

引用格式

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背景

堇青石质隔热材料具有较低的热膨胀系数、良好的化学稳定性以及优良的介电性能等,被广泛应用在航空航天、环保、生物、冶金、能源、电子、医学等领域。但其较为显著的缺点是强度较低、抗热震性较差、高温易收缩等,其实际应用中仍需进一步突破。
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目的

为改善高温工业使用的堇青石质隔热材料强度较低的问题。

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方法
在前期研究中发现,莫来石晶须/陶瓷纤维多级结构的引入可以优化轻质陶瓷基体材料中的孔隙结构,从而提高材料的力学性能。从这一点作为切入点,兼具健康环保,在蓝晶石、黏土、氧化镁粉为主要原料的基础上,加入小麦淀粉为造孔剂和固化剂,引入硅酸铝陶瓷纤维,以MoO3为催化剂(其预期的作用是促进莫来石晶须在陶瓷纤维表面的原位生成和生长),经制浆、浇注、固化、脱模、烘干、热处理,制备了堇青石质隔热材料。通过XRD、SEM以及热导率、强度测试等手段,检测热处理温度(1 200、1 250、1 300和1 350 ℃保温3 h)对材料的影响。
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结果

1)在MoO3的作用下,莫来石晶须在硅酸铝纤维表面基本呈现垂直趋势的生长,部分穿插于发育良好的堇青石晶粒中;

2)随着热处理温度的升高,硅酸铝陶瓷纤维表面的莫来石晶须由短棒状转变为细长针状,且长径比逐渐增大;

3)1 350 ℃热处理后引入MoO3试样的性能最佳,常温抗折强度、常温耐压强度、热导率(800 ℃)为0.75 MPa、11.0 MPa、0.331 W·m-1·K-1

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结论

这种晶须/纤维互锁的多级结构,在堇青石质隔热材料强度提高的同时降低了材料的热导率。

图1  1 350 ℃热处理后堇青石晶粒

图2  1 350 ℃热处理后硅酸铝纤维

图3  1 350 ℃热处理后莫来石晶须在硅酸铝陶瓷纤维表面的生长


个 人 介 绍

秦梦黎,萍乡学院材料与化学工程学院无机非金属材料工程专业教师,江西省工业陶瓷重点实验室核心成员,萍乡市新型海绵工程材料创新团队主要成员,现挂职江西百新电瓷电气有限公司副总经理。主持项目3项,参与多项国家自然科学基金项目,在国内外期刊上发表论文10余篇,授权国家发明专利3项,多次带领学生参加国家级和省级学科竞赛,成绩优异。



期刊介绍
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