实验1粉浆浇注成型法制备莫来石陶瓷复合材料

实验1 粉浆浇注成型法制备莫来石陶瓷复合材料

一、实验目的

1、巩固高温下陶瓷材料反应的原理，掌握陶瓷材料的制备方法

2、掌握用粉浆浇注成型法制备莫来石

3、通过对不同氧化锆的加入量以及不同烧结制度条件下得到的样品性能的比较（密度、坑弯强度，断裂韧性等性能的测试），得到这种复合材料的最佳配方和最佳烧结制度。

二、实验原理

莫来石是Al2O3·SiO2二元系中研究得最广泛的晶相，它是一种不饱和的具有有序分布氧空位的网络结构，其结构中空隙大，比较疏松，原子堆积不紧密，因此莫来石具有较低的弹性模量(200~220MPa)，较低的热膨胀系数(5.6×10－6／K)，较低的导热系数［5.0W/(m·K月和热容量[750J/(kg·K)]，使莫来石具有良好的抗热冲击性，但是，其常温强度和韧性很低，高温时，莫来石中会产生一些富硅的玻璃相，这些高粘度的玻璃相，可松弛高温下莫来石所受应力，并使裂纹愈合，而且针状莫来石颖粒也会在粘度很高的玻璃相中有拔出效应，产生拔出功，所以其高温时的强度和韧性不低于常温下的性能。莫来石晶格扩散困难，致使莫来石陶瓷难以烧结，但也正是由于晶格扩散困难，其高温抗蠕变性能极优，是一种很有用的高温耐火材料。ZrO2在常温下具有优越的强度和韧性，但高温力学性能明显下降，因此，ZrO2与莫来石复合，可望能改善莫来石的常温力学性能和氧化锆的高温力学性能。

1．实验步骤

（1）坯料制备

①按化学反应3 Al2O3+2 SiO2→3Al2O3·2SiO2的分子比，计算以氧化铝和石英粉为原料烧结5克莫来石的用料配比。

②按不同氧化锆的加入量约1%-5％，完成一种配方，称重，在研钵内充分混匀（约30min)。

③加入少许水玻璃，混匀。

（2）成型

①在油压机上用钢模将粉末压制成7×7×60的试条毛坯（考虑到实验条件不允许，用小瓷舟装好毛胚，压实）。缓慢烘干备用。

②测量试条尺寸（长×宽×高）做好标记。

（3）烧结

①根据原材料在烧结过程中可能发生反应的温度范围，制定出烧结莫来石复合陶瓷材料的烧结制度。

②将试条直立放在氧化铝坩锅内，试条周围用氧化铝空心球隔开，装入高温电炉内。

③按照电炉操作规程进行操作，按升温曲线进行烧结。

(4)测试

①测量烧后试条尺寸并记录。

②测试烧后试条的体积密度、吸水率、热震稳定性等指标。

2．实验报告

(1)成型：实验目的；莫来石原料配制计算；成型操作步骤；

(2)烧结：实验目的：原料在烧结过程中可能发生的物理、化学反应的类型和相应的温度段，设置的烧结制度（每段的升温速度和保温时间）；

(3)各操作步骤相应的数据记录、实验中发生的现象、实验结果；

(4)实验结果的分析。

三、思考题

1．莫来石质陶瓷烧结过程中发生哪些反应？ 2．各种成型方法对制品性能的影响？

3．烧成温度及保温时间对制品性能的影响？