CeO_2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响_图文(精)
Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料的结构及呈色机理
Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料的结构及呈色机理朱振峰;李军奇;马建中【期刊名称】《功能材料信息》【年(卷),期】2009(000)001【摘要】采用低温燃烧-水热合成法制备出具有不同x值的Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料,研究了Pr掺杂量对Ce_(1-x)Pr_xO_2晶体结构的影响,并对Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料呈色机理进行了分析。
结果表明:Pr离子进入CeO_2晶格形成Ce_(1-x)Pr_xO_2固溶体,Ce_(1-x)Pr_xO_2的晶格常数随着Pr掺杂量的增加而增大;Ce_(1-x)Pr_xO_2晶体中的氧空位破坏了CeO_2晶体中质点排列的有序性,引起晶体内周期性势场的畸变。
自由电子陷落在氧离子空位中而形成缺陷,即形成氧离子空位的F-色心,导致其吸收波长<600nm左右的可见光,从而呈现红色色调。
【总页数】1页(P)【作者】朱振峰;李军奇;马建中【作者单位】陕西科技大学材料与科学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ174.45【相关文献】1.Ce_(1-x)Fe_xO_2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能 [J], 晏冬霞;王华;李孔斋;魏永刚;祝星;程显名2.Zr_(1-(x+y))M_xR_ySiO_4型稀土陶瓷颜料的晶体结构及呈色机理 [J], 孙再清;黄小青;徐平;李正茂3.Ce_(1-x)Pr_xO_2固溶体的低温燃烧合成及表征 [J], 朱振峰;胡俊滔;王宝利;李军奇4.低温燃烧合成Ce_(1-x)Pr_xO_2红色稀土颜料的呈色性能的研究 [J], 朱振峰;王若兰5.Ce_(1-x)Pr_xO_2红色陶瓷颜料的制备方法 [J], 朱振峰;胡峻滔;贺瑞华;赵毅;李军奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
堇青石蜂窝陶瓷的研究
堇青石蜂窝陶瓷的研究堇青石蜂窝陶瓷的研究引言：陶瓷作为一种重要的材料，在建筑、制瓷和航空航天等领域中发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，人们对陶瓷材料的性能提出了更高的要求。
而堇青石蜂窝陶瓷以其独特的结构和优越的性能，成为了研究的热点之一。
本文将对堇青石蜂窝陶瓷的研究进行探讨。
一、堇青石蜂窝陶瓷的概述堇青石蜂窝陶瓷是一种由堇青石陶瓷片组成的复合材料。
它的独特之处在于其内部呈现出蜂窝状的结构，类似于蜂巢的排列方式。
堇青石是一种高硅酸盐陶瓷材料，具有优异的耐热性、抗腐蚀性和机械性能。
而蜂窝状的结构能够提供更大的表面积，并且具有良好的隔热性能和轻质化特点，因此在一些高温环境下的应用具有潜力。
二、堇青石蜂窝陶瓷的制备制备堇青石蜂窝陶瓷的关键是制备堇青石陶瓷片和组装成蜂窝状结构。
首先，制备堇青石陶瓷片需要选取高纯度的堇青石原料，经过压制、成型和烧结等工艺步骤得到成品。
然后，利用堇青石陶瓷片进行组装，可以采用焊接、粘接或者烧结等方法。
在组装过程中，需要控制好结构的尺寸和形状，以保证蜂窝陶瓷的性能。
三、堇青石蜂窝陶瓷的性能及应用1. 耐热性能：由于堇青石本身具有良好的耐热性能，堇青石蜂窝陶瓷也具备很高的耐热性，能够在高温环境下稳定工作。
因此，它在航空航天、炼化等领域有着广泛的应用前景。
2. 抗腐蚀性：由于堇青石本身耐腐蚀性能优异，所以堇青石蜂窝陶瓷也具备很高的抗腐蚀性能。
这使得它在化工、冶金等行业中有着较好的应用潜力。
3. 隔热性能：由于蜂窝状结构具有较高的空隙率，因此堇青石蜂窝陶瓷具备优良的隔热性能。
这使得它在热工装备、建筑隔热等方面有着广泛的应用价值。
4. 轻质化特点：蜂窝状结构使得堇青石蜂窝陶瓷具有轻质化特点，从而在航空航天、汽车等领域有着广泛应用的前景。
四、堇青石蜂窝陶瓷的改进和发展方向尽管堇青石蜂窝陶瓷具有很多优异的性能，但仍面临着一些挑战。
首先，制备工艺需要进一步改进，提高制备效率和降低成本。
其次，由于蜂窝状结构的复杂性，结构设计和优化也是一个亟待解决的问题。
浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺
2021.03科学技术创新3.2当纳米碳酸钙添加量为9wt .%时,环氧树脂植筋胶的剪切强度达到最大值21.9M Pa ,相对树脂基体提高29.59%。
3.3相对拉伸强度和压缩强度的改善,纳米碳酸钙对剪切强度的提高更为明显,说明纳米碳酸钙对环氧树脂植筋胶的粘接性能有显著影响。
3.4纳米碳酸钙在低添加量时,纳米粒子分散较好,团聚的机会少;填充树脂体系中微间隙,固化时减少收缩率,降低内应力。
当受到外力作用,容易诱发银纹和微裂纹,树脂基体产生屈服,阻碍形成破坏性开裂,起到增韧增强作用。
3.5利用扫描电镜(SEM )对固化物进行断面分析,发现其符合纳米粒子增强增韧的特征,说明纳米碳酸钙填充改性能够有效地提高环氧树脂植筋胶力学性能。
参考文献[1]李娟,刘青,曹佳丽.阻燃环氧树脂研究进展[J].合成树脂及塑料,2016,33(6):76-80.[2]陈兵,王晓洁,王喜占.环氧树脂增韧改性研究进展[J].中国胶黏剂,2017,26(2):55-58.[3]何发达,粟时平,付航,周路平.环氧树脂掺杂微纳米氧化物粒子改性研究综述[J].高压电器,2020,56(3):94-103.[4]李贝贝,曹新鑫,王凯歌,菅珂婕,何小芳.环氧树脂的增强改性研究进展[J].热固性树脂,2019,34(5):63-69.[5]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.[6]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[7]刁润丽,张晓丽.纳米碳酸钙的表面改性研究进展矿产保护与利用[J].2018,1:146-150.[8]曹璐.环氧树脂增韧研究进展[J].中国胶粘剂,2019,28(5):49-53.[9]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[10]袁智慧,牛永平,汪小伟.环氧树脂增韧机理及研究进展[J].热固性树脂,2019,34(6):65-70.[11]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺金震楠羊新伟娄炎群周文(浙江浙能催化剂技术有限公司,浙江宁波315612)粉煤灰为火力发电厂排放的固体废弃物,其主要成分为A l 2O 3和SiO 2。
高性能堇青石_莫来石棚板的研制
成陶瓷产品一级品率提不上去 ,能耗一般均 又只承受瓷件的压力 ,所以其使用环境比第
比国外高 8～10 倍的落后现状[1 ] 。自 1991 二类窑具要好得多 。
年起 ,中国建筑材料科学研究院选用国产优
在这些窑具中 ,棚板面积大 ,厚度薄 ,无
质耐火原料 ,进行了新型节能窑具耐火制品 论是生产 ,还是使用它最具代表性 ,所以在
SiO2 53. 09 51. 27 54. 62
选择 1 # 、2 # 两组配方 , 烧制 105mm ×
150mm ×25mm 的棚板试样 ,2 # 试样的制备
工艺流程如下 :
高添 粘水 球质
铝加
结溶
磨料
41 测试结果
4. 1 试样化学组成 1 # 、2 # 、3 # (德国布尔通公司的棚板) 主
态抗折强度 。
4. 3 气孔分布
1 # 、2 # 、3 # 试样由压汞测孔仪测孔 ,根据
孔径的大小 ,把气孔分为大孔 、中孔 、小孔 、微
孔 ,孔分布率见表 4 。
表 4 不同孔径的气孔分布率
孔型
大孔 中孔 小孔 微孔
孔径
(μm)
> 5. 8 5. 8～1. 8 1. 8～0. 58
< 0. 58
度低 ,主要承受压力的载荷 ,只要达到低蓄热 有 :烧结粘土熟料 、镁质粘土 、工业铝氧等 ,其
的目的即可 。第二类窑具直接与火焰接触 , 化学组成见表 1 。
使用环境温度高 ,棚板 、横梁不仅承受压力的
表 1 主要原料化学组成表
原料 烧结粘土熟料 镁质粘土 结合粘土 工业铝氧
SiO2 54. 52 61. 40 49. 18 0. 16
大于1770成型烧成al2o3sio2三者之间的比例见表本试验采用了基质经球磨细碎湿法混料等工艺试样在电炉中烧成试样主要化学成份组成10441000结时生成堇青石相提高棚板的抗热震稳定31试验过程选择105mm150mm25mm的棚板试样试样的制备工艺流程如下41测试结果性能测试结果各项性能测度结果见表烧结粘土熟料混合混合过筛各项性能测试结果保持率试样制成25mm25mm150mm将试条放入1100的电炉中保温20分钟后迅速取出强制风冷分钟再入炉如此循环10气孔大都集中分布在中孔小孔和微孔占的比例很小试样大孔的孔隙率为52显微结构在偏光显微镜和反光显微镜下对各试样进行了显微结构观察观察照片见图可以看到其共同点和不同点根据孔径的大小把气孔分为大孔孔型孔径297338小孔58141429微孔1310试样体积密度常温抗折强度pa1200pa荷重软1100?风冷12009115641320138016619019671583140046127280042583187111806365试样mgoal2o3sio279401253784194514239965462硅酸盐通报1997试样反光放大100试样偏光放大160烧结粘土熟料中莫来石的晶形呈纤维针状平行交叉生长互相穿插交错叠加生长
堇青石基微晶玻璃添加剂作用
一、氧化物添加剂[1]Journal of Non-Crystalline Solids 286(2001) 51-57[2]Journal of Non-Crystalline Solids 219(1997) 219-227[3]Journal of American Ceramics Society 83(5) (2000) 1259-1265[4]Journal of Ceramics International 24(1998) 139-144二、稀土氧化物添加（氧化铈）1. 添加氧化铈能够明显抑制μ-堇青石相的形成和促进μ-堇青石向α-堇青石的转变。
氧化铈的加入降低了微晶玻璃的烧结活化能和堇青石微晶玻璃的烧结温度,添加氧化铈质量分数为4%的微晶玻璃的μ-堇青石转变为α-堇青石的最低温度约为900℃,此时烧结样品几乎完全致密化,但氧化铈加入量太多将会阻止微晶玻璃的烧结和晶化。
微晶玻璃的抗折强度随氧化铈含量的增加而增加,当氧化铈为4%时样品的抗折强度达到最大值。
微晶玻璃的热膨胀系数随着氧化铈含量的增加变化不大。
（陈国华刘心宇，硅酸盐学报，2004年05期）2. 由氧化物粉末(MgO、Al2O3和SiO2)制备堇青石陶瓷时,添加CeO2在1370℃烧结3h,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。
随CeO2含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。
适量添加CeO2(质量分数为0.02～0.04),显著降低中间相(方石英、尖晶石)的含量。
CeO2的作用主要与改变Si4+、Al3+和Mg2+离子的扩散有关。
（史志铭，等，清华大学学报(自然科学版)，2001年10期）3. 添加稀土氧化铈的微晶玻璃的极化机理表现为空间电荷极化.介电性能的温度特性说明,添加稀土氧化铈的微晶玻璃样品介电损耗随温度的增加而增加,介电常数随温度的增加基本不变。
（陈国华刘心宇，压电与声光，2005 V ol.27 No.3）4. 稀土氧化铈对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃陶瓷晶化及性能的影响:添加适量的氧化铈有利于改善玻璃液的澄清效果,消除气泡,使玻璃结构紧凑,材料力学性能和耐碱性均有所提高。
堇青石蜂窝陶瓷载体参数
堇青石蜂窝陶瓷载体参数堇青石蜂窝陶瓷载体是一种新型的高性能陶瓷材料，具有良好的载体特性和热稳定性，广泛应用于汽车尾气净化领域。
本文将从堇青石蜂窝陶瓷载体的结构、性能参数、制备工艺和应用领域等方面进行综述。
堇青石蜂窝陶瓷载体一般由堇青石粉末和其它辅料通过一系列的筛分、混合、成型、烧结等工艺步骤制备而成。
其结构呈蜂窝状，具有大量的孔隙和表面积，能够有效地提高催化剂的接触率和反应效率。
此外，堇青石本身具有优异的化学稳定性和耐高温性能，使其在高温下依然能保持良好的结构稳定性。
堇青石蜂窝陶瓷载体的主要性能参数包括孔隙率、比表面积、孔径分布、力学性能等。
其中，孔隙率是指载体内部孔隙的体积所占的比例，通常在50%以上。
比表面积则反映了载体的表面活性，一般在50-150m2/g之间。
孔径分布是指载体孔隙的大小分布，影响着催化剂颗粒的进出和扩散性能。
力学性能则代表了载体的强度和耐磨性，能够直接影响催化器的使用寿命和稳定性。
制备工艺是影响堇青石蜂窝陶瓷载体性能的关键因素之一。
选择合适的原料、添加适量的粘结剂和助剂、优化成型工艺和烧结工艺，能够有效地提高载体的孔隙率和力学性能。
此外，采用合适的后处理工艺，能够改善载体的表面性质和传质性能，从而提高催化器的活性和稳定性。
堇青石蜂窝陶瓷载体主要应用于汽车尾气净化领域，作为三元催化转化器和柴油颗粒捕集器的载体。
其优异的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和腐蚀性气氛下保持良好的性能，从而有效地净化汽车尾气中的有害气体和颗粒物。
此外，堇青石蜂窝陶瓷载体还可以应用于工业废气处理、生物质燃烧等领域，具有广阔的应用前景。
综上所述，堇青石蜂窝陶瓷载体具有独特的结构和优异的性能参数，是一种理想的高性能陶瓷材料。
通过优化制备工艺和广泛应用于汽车尾气净化等领域，将能够充分发挥其在环保和能源领域的重要作用，为促进可持续发展做出贡献。
影响堇青石合成的因素分析
１ 原料
１． １ 原料种类 滑石的替代原料有 ： 绿泥石 、 蛇纹石 、 镁质粘土 、 氢氧 化镁 、 菱镁矿等 。 高岭土的替代原 料 有 ： 非 板 状 高 岭 土、 多 水 高 岭 土、 煤矸石行高岭土等 。 氧化铝的替代原料有 ： 氢氧化铝 、 铝矾土等 。 ） 合成堇青石常用原料组合以及不同含镁质原料合 １ 成堇青石对比见表 １， 表 ２。 ） （ 采用滑石 、 多 水 高 岭 土、 ２ Ａ ｌ ＯＨ） ｌ ３ 和 Ａ ２Ｏ ３ 制成 （ 的堇青石比采用滑石 、 板状 高 岭 土 、 制 Ａ ｌ ＯＨ） Ａ ｌ ３（ ２Ｏ ３） 成的堇 青 石 热 膨 胀 系 数 要 低 ， 可 达 到 １． ０×１ ０ ／℃ 以
－６ （ ） ／℃ 。 为： ０． ６～０． ７ ×１ ０
弯曲强度较小 ， 所以热 膨 胀 系 数 也 较 小 ； 滑 石、 高岭土在 合成堇青石的坯体弯曲强度提 １ ０ ０ ０℃ 预 煅 烧 ５ｈ 后 ， 高， 同时热膨胀系数也增大 。 在使用烧滑石时 ， 合成堇青 石的粗气孔率会增加 。 ） 随着高岭土的研磨时间的增加 ， 其粒径变小 ， 弯曲 ２ 强度也会提高 ， 热膨胀系数增大 。 当滑石粒径较大时 ， 合 成堇青石的热膨胀系数较小 。 配合 料 粉 碎 时 间 ： 粉碎时间为２ 合成堇青石 ４ｈ 时 ， 有残留气孔 ； 合成温度为１ 开口气孔 ２ｈ 时 ， ２ ５ ０ ℃， ＞７ 合成温度为 １ 吸水率 率为 ０； ２ ０ｈ 时 ， ３ ０ ０～１ ３ ５ ０℃ ， ＞１ 热膨胀系数增大 ， 抗弯强度为 １ 和气孔率近于 ０， ３ ０～１ ５ ０ 。 高岭土 、 块滑石在 １ 湿 法 粉 碎， 高 ＭＰ ａ ０ ０ ０℃ 预烧 ３ｈ， 滑石的平均粒径为２． 岭土平均粒径为２． ０μ ｍ， ３μ ｍ。 采 用滑石 、 高岭土 、 滑石的 －Ａ ｌ α ２Ｏ ３ 配合物合成堇青石时 ， 粒径越大 ， 残留 的 未 反 应 的 滑 石 量 就 越 多 。 合 成 料 在 １ 生成的熔融物在冷却物中 ３ ２ ５℃ 与 Ａ ｌ ３ ０ ０～１ ２Ｏ ３ 共 熔， 吸收基质后形成了和滑石粒径大小差不多的气孔 。 堇青石合成体中的平均气孔孔径与滑石的平均粒径 液相经过相关的烧结反应过程时 ， 有关 。 合成温度越高 ， 由滑石熔融形成的液 相 行 为 越 复 杂 ， 从而影响气孔孔径 的分布 。 当滑石的粒径 大 于 高 岭 土 的 粒 径 时 ， 会产生向 由高岭土组成的基质 部 的 液 相 移 动 ， 在烧结体中形成闭 气孔 。 滑石的粒径越小 ， 烧结体中气孔的孔径越小 ， 烧结体 的强度会缓慢增大 。 此外 ， 将滑石粉碎到亚微级 ， 堇青石 的生成温度降低 ， 烧结 体 组 织 致 密 化 ， 气 孔 率 减 少， 抗弯 强度增大 。 １． ３ 原料的纯度 滑石中 的 Ｃ ａ Ｏ 对堇青石的影响较大， １． ５％ 的 Ｃ ａ Ｏ 可使其液相温度降低 ４ 高岭 土 中 的 Ｋ ０℃ ， ａ ２Ｏ＋Ｎ ２Ｏ 也
制备方法对Ru／CeO2催化剂结构和性能的影响
林 建 新 张 留 明 王 榕 倪 军 魏 可镁
（ 州 大 学化 肥催 化 剂 国 家工程研 究 中心 ， 州 ３ ０ ０ ） 福 福 ５０ ２
摘 要 ：以 ＫＲ Ｏ 和 Ｃ （ Ｏ）为 原 料 ， 用 物 质 的氧 化 还 原 特 性 制 备 了 Ｒ ／ｅ 合成 催 化 剂 ， 运 用 Ｎ 物 理 吸 附 、 射 线 衍 射 ｕ ｅＮ ３ 利 ｕＣ Ｏ 氨 并 ： Ｘ
为 Ｃ “． 加入 ４ Ｌ乙醇 （Ｒ． ｅ 再 ０ｍ Ａ 国药 集 团 化学 试 剂
有 限公 司１ 为溶 剂 和还 原 剂 ， 混 合溶 液 为 Ａ 液 ． 作 此
其余 制备 同上 。得到 Ｒ ／ｅ Ｒ Ｐ催化 剂 ｕＣ Ｏ（ Ｃ ） Ｅ
１１ 改 性 沉淀 沉积 法（ Ｐ ．． ４ ＭＤ １ 将 Ｃ ｆ ０ ６ （ Ｒ， ｅＮ ・Ｈ Ｏ Ａ 国药 集 团化 学 试 剂 有 限 公 司１ 解在 ８ 的去 离 子水 中 ， 溶 Ｏｍｌ 加入 ３ ％的 Ｈ，， ０ Ｏ 使 Ｃ ３ 全 转变 为 Ｃ “ 在 室温 搅拌 下 滴 加沉 淀 剂 ｅ完 ＋ ｅ
堇青石质多孔陶瓷的制备方法及应用
堇青石质多孔陶瓷的制备方法及应用堇青石多孔陶瓷最主要的特征是其多孔特性，其制备的关键和难点就是其多孔结构的形成。
根据多孔陶瓷材料的具体使用场所和性能要求，目前已有的堇青石多孔陶瓷的制备工艺有颗粒堆积法、发泡法、挤压成型法、添加造孔剂法、有机泡沫体浸渍法、溶胶－凝胶法、凝胶注模法等。
1、添加造孔剂法制备堇青石多孔陶瓷引入相应造孔剂制备堇青石多孔陶瓷是一种工艺简单的制备方法，其制备工艺指的是在陶瓷坯料中添加适量的造孔剂，由于造孔剂在坯体中占据一定的空间，烧结后造孔剂离开基体而在坯体内部形成气孔，获得堇青石多孔陶瓷。
在堇青石多孔陶瓷的制备过程中，常用的造孔剂有：石墨、淀粉、聚苯乙烯微球、炭黑、聚丙烯塑料颗粒、木屑、米糠等。
添加造孔剂法制备多孔陶瓷的优点为：制备工艺过程简单，容易操控，可制得形状复杂及各种气孔结构的多孔陶瓷。
缺点为：混料过程中难以保证造孔剂在坯料中的分布均匀性，故制品的气孔分布均匀性较差，显气孔率较低，难以保证制品性能的稳定性。
2、挤压成型法制备堇青石多孔陶瓷挤压成型法制备堇青石多孔陶瓷的工艺特点是依靠事先设计好的多孔金属磨具来成孔。
一般是将制备好的可塑性坯泥放入挤压成型机通过具有蜂窝网格结构的磨具进行成型，经干燥、烧成即可获得具有一定孔隙率和孔径分布的堇青石多孔陶瓷。
挤压成型法制备多孔陶瓷的优点为：可根据制品的实际应用场所精确设计孔隙率、孔径大小以及成孔形状等，最常见的孔型设计为正方形、三角形等；孔隙率均匀；易大批量生产。
缺点为：不能制备出比较复杂的孔径结构和孔径较小的堇青石多孔陶瓷；对挤压成型坯泥质量的要求较高；对挤压成型所用金属模具的精度要求较高。
3、发泡法制备堇青石多孔陶瓷发泡法制备多孔陶瓷材料是在陶瓷制备过程中添加一定量的发泡剂，常用的发泡剂为有机发泡剂和无机发泡剂两种。
在坯料处理过程中发泡剂会形成一定量的挥发性气体，产生一定量的泡沫，经过干燥、烧成可获得具有一定孔隙率的多孔陶瓷材料。
添加纳米SiO_2对Mg-Al-Si-O系陶瓷烧结及介电性能的影响
摘 要
通过在分析纯 Ｍｇ ＡＩ 。ＳＯ 原料 中添加纳米 ＳＯ ， Ｏ、 、 ｉ。 Ｏ ｉ 采用直接烧结法在 １ｏ ￣ ４ｏ ｃ合成 Ｍｇ 一 ｉＯ系陶瓷材料。 一 Ｓ— 系统研究了
纳米 ＳＯ 含量对 Ｍｇ Ａ 一 ｉＯ系陶瓷材料力学和介 电性能 的影响。实验结果表明 ： ｉ — １Ｓ— 纳米 ＳＯ。 量为 １ － ０ ｉ 含 ０ ２ ％时可以有效 降低材 料的介电常数 ； 量为 ３ ％时可以获得最大体积密度和弯曲强度。 含 ０ 关键词 Ｍｇ Ａ — ｉ０系陶瓷 ， — ＩＳ一 纳米 ＳＯ ， 电常数 ｉ 。介 中图分类号 ：Ｑ１ ４７ 文献标识码 ： Ｔ ．５ ７ Ａ
添加 纳 米 ＳＯ２ Ｍ９ ＡＩＳ 系陶瓷 烧 结及 介 电性 能 的影 响 ｉ 对 … ｉＯ
支晓洁 ・ 彭金辉 １ 郭胜惠 １ 孟 彬 １ 陈 蕖 １ 李 军 Ｌ 吴小方 ｚ ， ２ ， ２ ， ２ ， ２
（． 明理 工 大 学材料 与 冶金 工程 学 院 ， 明 ：５０３２非 常规 冶金 省 部共 建教 育部 重 点 实验 室 ， １昆 昆 ６０ ９ ；．
产地 天津市大茂化学试剂厂 天津市盛奥化学试剂有限公 司 云南师范大学实验化工厂 青州市荣泽化工材料有 限公司
２０／。 ） （
ｗ［ａ ｏ ＳＯ２ （ ｎ ｎ — ｉ ］ ％） ／
图 １ 不 同纳 米 ＳＯ 含 量 的样 品 的 Ｘ Ｄ 图 ｉ Ｒ
Ｆｇ１ＸＲＤ ｐ Ｈ ｒ ｓｏ ａ ｌｓ ａ ｉｅｅ ｔ ｉ． ａ ｅ ｎ ｆ ｍｐｅ ｔｄｆ ｒｎ ｓ
２ １ 实验 原料 ．
２ 实 验
来石为主晶相 的 Ｍｇ － １ ３Ｓ Ｏ Ａ ２ － ｉ 系材料作为窑具 ０ Ｏ 材料 ， 具有耐高温 ， 耐急冷急热的优点同 。 纳米 ｓｏ 是 目前应用最为 广泛的纳米材 料之 ｉ２
堇青石陶瓷基片水基流延成型工艺与性能研究
2 实 验
2.1 原料 采用固相合成法制备出了堇青石粉体， 平均粒径 在 2 �m .粘结剂采用溶度为 10% 的 PV A 溶液， 分散 剂采用 P A A ， 增塑性采用化学纯的 PE G 400 ， 消泡剂 采用化学纯的正丁醇， 溶剂为去离子水.
�陶瓷学报� 2009 年第 3 期
30 9
90 80 储料槽 浆料 后刀 前刀 70 s � 60 a P 50 M / 40 度 粘 30 20 10 0 0 膜带 0.2 0.4 0.6 0. 8 1.0 1.2 1.4 PAA 的用量 / wt%
已流出 浆料
图 1 水基流延示意图
图 2 分散剂用量与粘度的关系
� � � � � � � � � � � � � � � � � � .1 � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � .2
2.2 浆料的制备与测试方法 本研究采用两步球磨法制备流延浆料：第一步， 称取一定量的去离子水和 PA A 倒入烧杯中，用氨水 调节此溶液的 pH 值， 然后称取相应的堇青石粉和氧 化锆球一起放入球磨罐中混磨 24h ， 制备出了分散性 能良好的浆料. 第二步， 在第一步的基础上进一步加 入 PV A , 增塑剂和除泡剂继续混磨 8 h， 形成了稳定分 散的流延浆料， 过 3 25 目筛， 真空除泡， 然后在流延机 上进行流延 （如图 1 所示 ） ， 流延速度为 0.7m / mi n， 在 一 定条 件下 干燥 ，干 燥后 的 流延 生带 厚度 为 5 00 � m ，然 后将干 燥后 的流 延生 带切 成 5 0m m � 5 0m m 大小的坯片， 置于电炉中按拟定好的温度制度 烧结. 浆料的粘度采用上海尼润智能科技有限公司生 产的 N D J- 5 S 型数字式旋转粘度计量器测量， 流延生 带的形貌采用日本电子公司生产的 JSM - 6 70 0F 型扫 描电子显微镜分析， 堇青流延生带的热分析采用德国 的 Ne t sc h 公 司生 产的 STA 449 C 综 合热分 析仪 测 定.
堇青石合成过程中的物相及结构演变
㊀第３７卷第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３７㊀Ｎｏ.９㊀２０１８年９月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒꎬ２０１８㊀堇青石合成过程中的物相及结构演变夏㊀熠ꎬ石㊀凯(河南工业大学材料科学与工程学院ꎬ高温耐磨材料河南省工程实验室ꎬ郑州㊀４５０００１)摘要:以高岭土㊁滑石和氧化铝为原料ꎬ通过高温反应合成堇青石ꎮ借助Ｘ射线衍射仪及扫描电子显微镜研究了１１００~１３８０ħ范围内物相组成及显微结构变化ꎬ并分析了演变过程ꎮ结果表明ꎬ在低于１１００ħ热处理时ꎬ粘土㊁滑石发生分解并进行了晶型转化ꎻ１１００~１３００ħ发生固相反应生成堇青石ꎬ１１００~１２００ħ是初始反应阶段ꎬ１２００~１３００ħ是加速反应阶段ꎻ１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ低于１２００ħ热处理时ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ几乎没有发生烧结ꎻ高于１３００ħ热处理后呈现明显的烧结状态ꎮ１２００~１３００ħ是结构转变的转折温度区间ꎮ关键词:堇青石ꎻ固相反应ꎻ相变ꎻ显微结构ꎻ烧结中图分类号:ＴＢ３３２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０１８)０９￣２８０２￣０４ＰｈａｓｅａｎｄＭｉｃｒｏＳｔｒｕｃｔｕｒｅＥｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆＣｏｒｄｉｅｒｉｔｅＤｕｒｉｎｇＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎＸＩＡＹｉꎬＳＨＩＫａｉ(ＨｅｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＨｉｇｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄＷｅａｒＭａｔｅｒｉａｌｓꎬＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５０００１ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀㊀㊀㊀㊀基金项目:河南省科技厅自然科学项目(１３２１０２２１０４０５)作者简介:夏㊀熠(１９７７￣)ꎬ男ꎬ博士ꎬ讲师.主要从事高温陶瓷研究.Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＣｏｒｄｉｅｒｉｔｅｗａｓｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄｂｙｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＫａｏｌｉｎｃｌａｙꎬｔａｌｃａｎｄａｌｕｍｉｎａ.Ｔｈｅｐｈａｓｅꎬｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇ１１００￣１３８０ħｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｕｓｉｎｇＸ￣ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ(ＸＲＤ)ａｎｄｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ(ＳＥＭ).ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＫａｏｌｉｎｃｌａｙａｎｄｔａｌｃｔａｋｅｓｐｌａｃｅｂｅｌｏｗ１１００ħ.Ｄｕｒｉｎｇ１１００￣１３００ħꎬｉｔｏｃｃｕｒｓｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｒｅａｃｔｉｏｎ.Ａｍｏｎｇｔｈｅｍꎬ１１００￣１２００ħｉｓｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓｔａｇｅꎬ１２００￣１３００ħｉｓａｃｃｅｌｅｒａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｔａｇｅ.１３００￣１３８０ħꎬｉｔｏｃｃｕｒｓｔｈｅｑｕｉｃｋｇｒｏｗｔｈｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｃｒｙｓｔａｌ.Ｗｈｅｎｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄｂｅｌｏｗ１２００ħꎬｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｃａｎｎｏｔｂｅｆｏｕｎｄａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｌｏｏｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.Ｗｈｅｎｈｅａｔｔｒｅａｔｅｄａｂｏｖｅ１３００ħꎬｔｈｅｒｅｍａｒｋａｂｌｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｗａｓｆｏｕｎｄａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｄｅｎｓｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ.１２００￣１３００ħｉｓｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒａｎｇｅｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅꎻｓｏｌｉｄｒｅａｃｔｉｏｎꎻｐｈａｓｅｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎꎻｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｓｉｎｔｅｒｉｎｇ１㊀引㊀言堇青石是一种硅酸盐矿物ꎬ其化学式为２ＭｇＯ ２Ａｌ２Ｏ３ ５ＳｉＯ２ꎬ熔点１４６０ħꎮ堇青石具有较低的热膨胀系数(１.５ˑ１０－６/ħꎬ２５~１０００ħ)ꎬ它可以单独㊁或复合其它材料从而提高制品的热震稳定性[１￣２]ꎮ堇青石陶瓷被广泛应用于汽车尾气净化装置㊁催化剂载体㊁热交换机材料等[３￣５]ꎬ以及应用于一些冷热骤变的环境中ꎬ比如作为耐火窑具使用ꎮ目前关于堇青石合成的研究较多ꎬ研究较多的是配方体系㊁烧制温度对合成堇青石性能的影响[６￣１２]ꎬ对合成过程中的物化反应过程研究较少ꎮ对于ＭｇＯ㊁Ａｌ２Ｏ３和ＳｉＯ２三相参与的合成反应ꎬ一般认为高纯氧化物通过高温固相反应合成堇青石可分为两个阶段:①ＭｇＯ和Ａｌ２Ｏ３生成尖晶石(ＭｇＡｌ２Ｏ４)(<１３００ħ)ꎻ②ＭｇＡｌ２Ｏ４和ＳｉＯ２反应生成堇青石(Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８)(>ｌ３００ħ)ꎮ目前关于堇青石合成过程中的相变行为ꎬ以及不同温度热处理后试样的显微形貌变化的系统性研究需要进一步加强ꎮ这有助于弄清堇青石合成过程中的完整的物化反应过程及烧结行为ꎬ更好理解堇青石的合成过程及机理ꎬ并能够指导配方体系的选择及热处理工艺等ꎮ基于此ꎬ本研究以高岭土㊁滑石㊁氧化铝为原料㊀第９期夏㊀熠等:堇青石合成过程中的物相及结构演变２８０３㊀合成堇青石ꎬ研究其在１１００~１３８０ħ范围内的物相及显微结构演变ꎮ２㊀实㊀验２.１㊀原㊀料本实验以粘土㊁滑石㊁氧化铝(Ａｌ２Ｏ３>９９％)等为原料ꎬ其化学组成见表１ꎮ表１㊀所用原料的主要成分Ｔａｂ.１㊀Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ/％ＭｇＯＳｉＯ２ＣａＯＦｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＺｒＯ２Ｋ２ＯＮａ２ＯＴａｌｃ３５.２６４６.０２０.６４０.２８０.１４￣￣￣Ｃｌａｙ１.１３６３.２６１.２５０.３９２３.６４￣０.１５０.１４本实验所用高岭土和滑石的热行为变化曲线分别见图１和图２ꎮ图１呈现出典型的高岭土ＴＧ和ＤＳＣ曲线ꎮ由图２所示ꎬＤＳＣ曲线上显示了两部分非常明显的吸热区域ꎬ其中一个在温度区间为５５０~６７０ħ的吸热谷ꎬ失重率约为－１３.５３％ꎻ另一个为温度区间为８５０~９９０ħ之间的吸热谷ꎮ失重率约为－３.５９％ꎮ由以上ＤＳＣ和ＴＧ分析可知ꎬ所选用的滑石原料在以上两个温度区间发生了剧烈分解反应ꎮ图１㊀粘土差热曲线Ｆｉｇ.２㊀ＤＳＣ￣ＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｔａｌｃＦｉｇ.１㊀ＤＳＣ￣ＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｃｌａｙ图２㊀滑石差热曲线而在理论上ꎬ纯净滑石的差热曲线在６００ħ附近有一平缓的吸热谷ꎬ常见于菱镁矿㊁白云石等夹杂矿物相的分解引起的ꎮ在９００~１１００ħ之间有一个大的吸热谷ꎬ是由于滑石中结构水的脱除引起的ꎮ本实验所选用的滑石矿含有复合矿物相ꎬ根据其热行为ꎬ判断复合矿物相是菱镁矿和滑石ꎬ且菱镁矿的含量显著大于滑石含量ꎮ２.２㊀实验过程按照堇青石理论组成配料ꎬ设计配方如表２ꎮ以纸浆废液为结合剂ꎬ混合均匀后机压成型ꎬ成型压力１５０ＭＰａꎮ１１０ħ烘干２４小时取出ꎬ分别经１１００ħ㊁１２００ħ㊁１３００ħ㊁１３５０ħ㊁１３８０ħ等温度热处理试样ꎬ保温３小时ꎮ之后取出试样并进行物相及显微结构分析ꎮ表２㊀堇青石的配方组成Ｔａｂ.２㊀Ｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｓ￣ｕｓｅｄｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ/％组成高岭土滑石煅烧Ａｌ２Ｏ３含量４６３４２０３㊀结果与讨论３.１㊀热处理温度对物相的影响试样经不同温度热处理后的ＸＲＤ图谱如图３所示ꎬ经物相标定后可知:(１)１１００ħ热处理后ꎬ试样中含有ＳｉＯ２(石英)㊁ＳｉＯ２(方石英)㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ㊁ＭｇＳｉＯ３(顽火辉石)存在ꎮ分析可知ꎬ在<１１００ħ范围内热处理ꎬ菱镁矿发生分解生成氧化镁ꎻ滑石分解形成顽火辉石和方石英ꎻ高岭石发生分解形成偏高岭石ꎬ进而转化为非晶硅铝尖晶石和无定形氧化硅ꎮＣａＣＯ３ңＭｇＯ＋ＣＯ２(１)３ＭｇＯ ４ＳｉＯ２ Ｈ２ＯңＭｇＯ ＳｉＯ２＋ＳｉＯ２＋Ｈ２Ｏ(２)２８０４㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷Ａｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２ ２Ｈ２ＯңＡｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２(ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ)＋Ｈ２Ｏ(３)Ａｌ２Ｏ３ ２ＳｉＯ２ңＡｌ６Ｓｉ２Ｏ１３(ｓｐｉｎｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ)ＳｉＯ２(ａｍｏｒｐｈｏｕｓ){(４)(２)１２００ħ热处理后ꎬ试样中含有石英㊁方石英㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ㊁ＭｇＳｉＯ３㊁Ｍｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８ꎮ相比１１００ħ热处理ꎬ此温度下热处理后ꎬＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３和ＭｇＯ特征衍射峰强度明显降低ꎬ三者于１１００~１２００ħ温度区间开始反应生成堇青石ꎮ非晶铝硅尖晶石没有转化成莫来石晶相ꎬ而是与ＭｇＯ反应生成堇青石ꎮＭｇＯ＋Ａｌ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ңＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８(５)Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１３(ａｍｏｒｐｈｏｕｓ)＋ＭｇＯңＭｇ２Ａｌ４Ｓｉ５Ｏ１８(６)图３㊀不同温度处理后的物相分析Ｆｉｇ.３㊀ＸＲＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ(３)１３００ħ热处理后ꎬ试样中有大量堇青石及少量橄榄石ꎮ相比１２００ħ热处理ꎬ此温度下热处理后ＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ及ＭｇＳｉＯ３相消失ꎬ说明在１２００~１３００ħ温度区间ꎬＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３和ＭｇＯ之间加速反应生成堇青石ꎮ顽火辉石则在富镁条件下发生反应生成橄榄石ꎮＭｇＯ ＳｉＯ２＋ＭｇＯң２ＭｇＯ ＳｉＯ２(７)(４)１３５０ħ及１３８０ħ热处理后ꎬ试样中的物相与１３００ħ热处理后一致ꎬ只是随着温度的升高ꎬ堇青石衍射峰强度增加ꎮ由于在１３００ħ之前基本完成堇青石的合成反应ꎬ所以在１３００~１３８０ħ之间ꎬ堇青石衍射峰强度的升高来源于堇青石晶体的生长ꎮ３.２㊀热处理温度对显微结构的影响不同温度处理后试样的显微结构见图４ꎮ可以看出ꎬ１１００ħ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎮ结合能谱分析ꎬ材料内部有薄板状的顽火辉石和氧化镁大颗粒ꎬ即分别为滑石和菱镁矿分解而得ꎮ１２００ħ材料内部依然呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎮ结合能谱分析ꎬ发现了新生成的堇青石ꎬ但是呈局部分布ꎬ没有大面积生成ꎮ１３００ħ材料内部呈现明显的烧结ꎬ气孔急剧增加ꎬ烧结体连成一片ꎬ不同部位的ＥＤＳ能谱分析确定烧结体的物相是堇青石ꎮ相对于１３００ħ热处理后的烧结体ꎬ１３５０ħ及１３８０ħ热处理后的试样的显微结构轮廓更清晰ꎬ烧结体连接性更好ꎬ从图中可以看到非常明显的烧结界面ꎬ固相烧结特征明显ꎮ对１３８０ħ热处理后的试样(图４)进行ＥＤＳ能谱组成分析ꎬ位置１和位置２的组成都接近堇青石的理论组成ꎬ表明材料为堇青石(表３)ꎮ图４㊀不同温度处理后试样的显微结构Ｆｉｇ.４㊀Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ表３㊀１３８０ħ热处理后试样的化学组成Ｔａｂ.３㊀Ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｓｉｎｔｅｒｅｄａｔ１３８０ħ/％ＰｏｓｉｔｉｏｎＯＳｉＡｌＭｇＳｐｏｔ１７１.０１８.３５.５５.２Ｓｐｏｔ２６８.４１３.８１１.９５.９根据以上反应过程及分析可知ꎬ堇青石的合成反应过程中物相演变可以分为以下几个部分:(１)<１１００ħꎬ粘土㊁滑石等原料发生分解以及晶型转化ꎮ非晶ＳｉＯ２转变为方石英ꎬ偏高岭石向铝硅尖晶石结构转变ꎻ(２)１１００~１３００ħ生成堇青石的固相反应阶段ꎬ包含中间产物的固相反应ꎮ其中１１００~１２００ħ处于初始反㊀第９期夏㊀熠等:堇青石合成过程中的物相及结构演变２８０５㊀应阶段ꎻ１２００~１３００ħ加速反应阶段ꎮＳｉＯ２㊁Ａｌ２Ｏ３㊁ＭｇＯ之间直接反应生成堇青石ꎻ铝硅尖晶石没有转化成莫来石ꎬ而是与ＭｇＯ反应生成堇青石ꎻ(３)１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ在堇青石的合成反应过程中结构演变可以分为以下几个部分:(１)在<１２００ħ处理后ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎬ结合ＥＤＳ能谱分析ꎬ确定部分颗粒为原料分解生成的ＭｇＯ和ＭｇＳｉＯ３ꎬ呈松散分布ꎻ(２)而在>１３００ħ热处理后材料内部呈现明显的烧结后状态ꎬ气孔急剧增加ꎬ烧结体连成一片ꎬ不同部位的ＥＤＳ能谱分析确定烧结体是堇青石ꎻ(３)１２００~１３００ħ则是结构转变的转折阶段ꎮ这种结构随热处理温度的变化趋势与物相的变化趋势极具一致ꎮ４㊀结㊀论在合成堇青石过程中ꎬ随着热处理温度的升高ꎬ材料的物相及显微结构均发生明显变化: (１)在低于１１００ħ热处理时ꎬ粘土㊁滑石等原料发生分解以及晶型转化ꎻ１１００~１３００ħ发生固相反应生成堇青石ꎻ１３００~１３８０ħ是堇青石晶体生长阶段ꎮ(２)低于１２００ħ热处理时ꎬ材料内部呈松散堆积状态ꎬ没有发生明显烧结ꎻ高于１３００ħ热处理后材料内部呈现明显的烧结后状态ꎬ烧结体连成一片ꎮ１２００~１３００ħ则是结构转变的转折阶段ꎮ参考文献[１]ＢｒｕｎｏＧꎬＥｆｒｅｍｏｖＡＭꎬＣｌａｕｓｅｎＢꎬｅｔａｌ.Ｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓ￣ｆｒｅｅｌａｔｉｃｅｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｐｏｒｏｕｓｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ[Ｊ].Ａｃｔ.Ｍａｔｅｒ.ꎬ２０１０ꎬ５８(６):１９９４￣２００３.[２]ＫｏｂａｙａｓｈｉＹꎬＫａｔａｙａｍａꎬＭꎬＫａｔｏＭ.Ｅｆｆｅｃｔｏｎｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｓｉｎｔｅｒｅｄｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｐｒｅｐａｒｅｄｆｒｏｍｓｏｌｍｉｘｔｕｒｅｓ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.ꎬ２０１３ꎬ９６(６):１８６３￣１８６８.[３]刘云猛ꎬ陈永和.ＳｉＣ对烧结堇青石材料性能的影响[Ｊ].材料导报ꎬ２０１１ꎬ２５(１８):５２３￣５２５.[４]Ｇｏｎｚáｌｅｚ￣ＶｅｌａｓｃｏＪＲꎬＧｕｔｉéｒｒｅｚ￣ＯｒｔｉｚＭＡꎬＦｅｒｒｅｔＲ.Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃｈｏｎｅｙｃｏｍｂｂｙｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｒｅａｃｔｉｏｎｏｆｐｒｅ￣ｃｕｒｓｏｒｏｘｉｄｅｓ[Ｊ].Ｍａｔｅｒ.Ｓｃｉ.ꎬ１９９９ꎬ３４(９):１９９９￣２００２.[５]ＥｖａｎｓＤＬꎬＦｉｓｃｈｅｒＧＲꎬＧｅｉｇｅｒＪＥꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｓａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ[Ｊ].Ｊ.Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.ꎬ１９８０ꎬ６３(１１￣１２):６２９￣６３４.[６]张㊀巍ꎬ韩亚苓ꎬ潘斌斌.堇青石的合成工艺研究及结构特征[Ｊ].陶瓷学报ꎬ２００８ꎬ２９(１):１９￣２３.[７]ＬａｃｈｍａｎＩＭꎬＢａｌｅｙＲＤꎬＬｅｗｉｓＲＭ.Ｔｈｅｒｍａｌｅｘｐａｎｓｉｏｎｏｆｅｘｔｒｕｄｅｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｃｅｒａｍｉｃ[Ｊ].Ａｍ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.Ｂｕｌｌ.ꎬ１９８１ꎬ６０(２):２０２￣２０５. [８]ＹａｍｕｎａＡꎬＪｏｈｎｓｏｎｂＲꎬＭａｈａｊａｎｂＹＲꎬｅｔａｌ.Ｋａｏｌｉｎ￣ｂａｓｅｄｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｆｏｒｐｏｌｌｕｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ[Ｊ].Ｊ.Ｅｕｒ.Ｃｅｒａｍ.Ｓｏｃ.ꎬ２００４(１)ꎬ２４:６５￣７３. [９]ＣｏｓｔａＯＦＡꎬＣｒｕｚＦＪ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｔｈｅｒｍａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒｏｆｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅ￣ｚｉｒｃｏｎｉａｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].Ｃｅｒａｍ.Ｉｎｔ.ꎬ２００２ꎬ２８(１):７９￣９１.[１０]ＷｅｎＨꎬＸｉＨꎬＬｉＱꎬｅｔａｌ.ＩｎｓｉｔｕｒｅａｃｔｉｏｎｓｉｎｔｅｒｉｎｇａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｉＣ/Ｃｏｒｄｉｅｒｉｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＣｅｒａｍｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１０ꎬ３８(２):３４７￣３５１.[１１]李㊀萍ꎬ杜永娟ꎬ俞㊀浩.锂辉石与氧化锆对堇青石陶瓷热膨胀率的影响[Ｊ].耐火材料ꎬ２００３ꎬ３７(３):１３９￣１４１.[１２]吴爱军ꎬ陈人品ꎬ陈明藻.陶瓷窑用童青石质推板砖的研制[Ｊ].耐火材料ꎬ１９９６ꎬ３０(５):２６６￣２６８.。
烧成制度对合成堇青石的结构和性能的影响
烧成制度对合成堇青石的结构和性能的影响合成堇青石是一种具有高温稳定性和优异热机械性能的陶瓷材料，广泛应用于高温工程领域。
烧成制度是指不同的烧结温度、时间和气氛等参数组合，对合成堇青石的结构和性能产生的影响。
本文将从结构和性能两个方面探讨烧成制度对合成堇青石的影响，并描述其机制。
首先，烧成制度对合成堇青石的晶体结构和晶粒尺寸有重要影响。
在低温下烧结，合成堇青石的晶粒尺寸较小、晶界弯曲度大，这种细晶粒结构有利于提高材料的密实度和力学性能。
随着烧结温度的升高，合成堇青石晶粒尺寸逐渐增大，但晶界弯曲度减小，从而影响材料的强度和断裂韧性。
高温下烧结的合成堇青石晶粒尺寸较大，但与此同时，晶界结合也更加牢固，有利于提高材料的耐热性能。
其次，烧成制度对合成堇青石的化学组成和氧化态的控制也具有重要作用。
合成堇青石主要由氧化铝（Al2O3）和氧化离子（RE2O3）组成，其中RE是稀土元素。
烧成温度和气氛对于稀土元素的氧化态有很大影响。
在还原气氛下，稀土元素容易还原成氧化物，从而影响合成堇青石的结构和性能。
因此，通过控制烧成制度可以精确调控RE的氧化态，从而控制合成堇青石的性能。
烧成制度还影响合成堇青石的气孔结构和气孔率。
合成堇青石中的气孔对其力学性能和耐热性能有重要影响。
适度的气孔可以减小材料的热膨胀系数和热导率，从而提高耐热性能。
然而，过高的气孔率会导致材料的强度和断裂韧性下降。
因此，通过控制烧成温度和时间可以调节合成堇青石的气孔结构，以实现更好的性能。
最后，烧成制度也可以改变合成堇青石的晶型。
晶型的变化会导致材料性能的不同。
例如，合成堇青石中存在两种主要的晶型：四方堇青石和单斜堇青石。
四方堇青石的热膨胀系数较低，具有良好的耐热性能；而单斜堇青石具有更高的热膨胀系数，但相对较好的力学性能。
因此，通过控制烧成制度可以调节合成堇青石的晶型，以满足不同应用领域对材料性能的要求。
综上所述，烧成制度对合成堇青石的结构和性能有着重要的影响。
b2o3对堇青石陶瓷的作用
b2o3对堇青石陶瓷的作用
B2O3是硼三氧化物，它在堇青石陶瓷的制备过程中起到多种作用。
下面我将从几个角度来回答你的问题。
1. 熔融性能，B2O3可以降低堇青石陶瓷的熔点，促进陶瓷原
料的熔融。
它具有良好的玻璃形成能力，可以形成玻璃相，增加陶
瓷的熔融性能，使得陶瓷在低温下就能熔化成形。
2. 润湿性，B2O3能够改善陶瓷原料的润湿性，使得原料更容
易混合均匀。
它能够与其他氧化物形成润湿助剂，降低陶瓷原料的
表面张力，提高原料的湿润性，从而有利于原料的分散和均匀混合。
3. 硬度和强度，B2O3可以提高堇青石陶瓷的硬度和强度。
它
在陶瓷中形成硼酸盐晶体，这些晶体具有较高的硬度和强度，能够
增加陶瓷的抗压强度和耐磨性。
4. 稳定性，B2O3能够提高堇青石陶瓷的化学稳定性。
它能够
与其他氧化物形成稳定的化合物，减少陶瓷在高温下的氧化分解反应，提高陶瓷的耐腐蚀性和耐高温性能。
5. 透明性，B2O3能够提高堇青石陶瓷的透明性。
它可以降低陶瓷的折射率，改善光的透过性，使得陶瓷呈现出较好的透明度和光学性能。
总的来说，B2O3在堇青石陶瓷制备中起到了降低熔点、改善润湿性、提高硬度和强度、增强化学稳定性以及提高透明性等多种作用。
这些作用使得堇青石陶瓷具有更好的工艺性能、物理性能和化学性能。
氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响
第43卷第4期2024年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.4April,2024氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响顾雅洁1,陈瑶姬1,尹旭军1,常星岚1,孙㊀科1,孙盛睿2,奚㊀爽1,许嘉雨1,刘阳桥2(1.浙江天地环保科技股份有限公司,杭州㊀311199;2.中国科学院上海硅酸盐研究所,上海㊀200050)摘要:本文以粉煤灰㊁滑石㊁氧化铝和氧化镁为原料,加入质量分数为0%㊁0.5%和1.0%的氟化钇,通过高温烧结制备了粉煤灰基堇青石陶瓷样品,研究了氟化钇掺量对样品的物相组成㊁显微结构及主要性能的影响㊂结果表明,氟化钇的引入可降低堇青石的生成温度,提高堇青石的物相转化率,显著改善材料的力学性能,同时对热学性能亦有一定积极影响㊂当氟化钇添加量为0.5%时,样品的综合性能最优㊂当烧结温度为1300ħ时,XRD 未见明显杂质峰,样品的体积密度为2.15g /cm 3,开孔孔隙率为7.49%,吸水率为3.49%,压缩强度为252.27MPa,经5次热震试验后压缩强度仍然高至204.65MPa,比热容为0.770~0.931J /(g㊃ħ)(25~150ħ),热膨胀系数为2.54ˑ10-6㊀ħ-1(100~800ħ)㊂与不含添加剂的样品相比,添加0.5%氟化钇样品的体积密度增加了5.2%,开孔孔隙率降低了58.6%,吸水率降低了60.6%,而压缩强度增加了4.6倍,比热容增强而热膨胀系数降低㊂在粉煤灰基堇青石陶瓷的烧结过程中,氟化钇的引入可使其在较低的温度下形成液相,提高元素迁移率,促进晶粒发育完全且具有细化晶粒的明显效果㊂氟化钇作为一种有效的烧结助剂,微量的添加即可显著改善粉煤灰基堇青石陶瓷的综合性能㊂本工作拓宽了高效烧结助剂选择范围,可为高质量陶瓷材料的高温烧结提供一定参考㊂关键词:粉煤灰;堇青石陶瓷;氟化钇;压缩强度;抗热震性;比热容;热膨胀系数中图分类号:TQ175㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)04-1515-09收稿日期:2023-10-25;修订日期:2024-01-09基金项目:国家自然科学基金资助项目(51878647,52302124);浙江省能源集团有限公司科技项目(ZNJK-2020-110);浙江天地环保科技股份有限公司科技项目(TD-KJ-20-018)作者简介:顾雅洁(1995 ),女,硕士研究生㊂主要从事粉煤灰资源化利用的研究㊂E-mail:jslyggyj@通信作者:刘阳桥,博士,研究员㊂E-mail:yqliu@孙盛睿,博士,工程师㊂E-mail:sunshengrui@ Influence of YF 3on Synthesis and Performance of Fly Ash-Based Cordierite CeramicsGU Yajie 1,CHEN Yaoji 1,YIN Xujun 1,CHANG Xinglan 1,SUN Ke 1,SUN Shengrui 2,XI Shuang 1,XU Jiayu 1,LIU Yangqiao 2(1.Zhejiang Tiandi Environmental Protection Technology Co.,Ltd.,Hangzhou 311199,China;2.Shanghai Institute of Ceramics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200050,China)Abstract :Fly ash-based cordierite ceramics samples were prepared with fly ash,talc,alumina and magnesium oxide,by adding yttrium fluoride (YF 3)with mass fraction of 0%,0.5%and 1.0%,respectively.The effect of YF 3on phase composition,microstructure and physical properties of samples were studied.The results show that the introduction of YF 3reduces formation temperature of cordierite,improves phase conversion rate of cordierite,significantly increases the mechanical properties and has a moderate positive effect on thermal properties of samples.When the YF 3content is 0.5%,the performance of sample is the best.For the sample with 0.5%YF 3content,when the sintering temperature is 1300ħ,no obvious peak corresponding to any impurity is found in XRD patterns,the bulk density of sample is 2.15g㊃cm -3,the open porosity is 7.49%,the water absorption is 3.49%and the compressive strength is 252.27MPa.After 5times heat shock experiments,the compressive strength is still high to 204.65MPa.The heat capacity is 0.770~0.931J /(g㊃ħ)(25~150ħ),and thermal expansion coefficient is 2.54ˑ10-6㊀ħ-1(100~800ħ).The bulk density of sample with1516㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷0.5%YF3content increases by5.2%,open porosity decreases by58.6%,water absorption decreases by60.6%,compressive strength increases by4.6times,heat capacity increases and the thermal expansion coefficient decreases, compared with the sample without additives.In the sintering process of fly ash-based cordierite ceramics,the introduction of YF3can form a liquid phase at a lower temperature,improve the mobility of elements,and promote the development of grains and fine grain size.As an effective sintering additive,YF3significantly improves the comprehensive properties of fly ash-based cordierite ceramics with a small content.This work broadens the additives range for high quality ceramic materials,which provides reference for excellent materials sintered at high temperature.Key words:fly ash;cordierite ceramics;yttrium fluoride;compressive strength;heat shock resistance;heat capacity;thermal expansion coefficient0㊀引㊀言粉煤灰是我国产量最大的固体废弃物之一㊂据不完全统计,2021年我国粉煤灰年产量为7.9亿吨,利用率约为80%,大量的粉煤灰以传统的填埋方式处理,导致土地资源浪费严重且具有潜在的环境问题,寻求高水平的粉煤灰处理方式日益迫切㊂从成分上分析,粉煤灰中含有大量的氧化铝和氧化硅以及少量的氧化镁,上述组分整体占粉煤灰的80%(文中均为质量分数)以上,因此,粉煤灰可作为合成堇青石(2MgO㊃2Al2O3㊃5SiO2)的主要原料㊂堇青石是一种具有优异热学性能㊁热稳定性和抗冲击能力的高值材料,此外还具有介电常数低㊁介电损耗小㊁电绝缘性良好等优势,在蓄热㊁保温㊁载体㊁微波介质陶瓷等领域都具有极高的应用潜力[1-4]㊂工业中,堇青石陶瓷通常由滑石㊁高岭土和氧化铝等天然高值原料通过高温煅烧制备而成,成本较高㊂而以固体废弃物粉煤灰取代部分昂贵原料可实现堇青石陶瓷的低成本合成,该领域已成为近年的研究热点[5-7]㊂然而受限于粉煤灰自身极强的热学稳定性,合成过程中堇青石高温固相转化动力有限,所得材料纯度较低,杂质含量较高,难以满足高质量应用要求㊂引入烧结助剂是陶瓷制备过程中提高物相转化效率的重要手段㊂张会等[8]在堇青石多孔陶瓷的高温烧结过程中添加了少量的CeO2,利用XRD谱证实2%的添加量对提高堇青石相的纯度具有显著效果;Xu 等[9]在堇青石-莫来石复相陶瓷的合成过程中发现添加2%的B2O3可将陶瓷的固相扩散转变为液相扩散,有利于陶瓷晶体的生长和发育,同时还可赋予样品较高的致密度;王晓凤等[10]在堇青石耐火材料的合成原料中添加了少量的烧结助剂La2O3,发现引入4%~6%的La2O3可降低堇青石物相的生成温度并促进中间相向堇青石转变,最终获得单一相的堇青石陶瓷,同时该陶瓷样品的弯曲强度也明显提高㊂显然在陶瓷烧结过程中,添加少量的烧结助剂不仅能提高物相转化效率还能降低烧结温度㊁改善陶瓷物性等,因此成为降低陶瓷制备能耗㊁提高陶瓷合成质量的重要手段㊂但当前针对堇青石烧结助剂的研究多集中于氧化物,氟化物烧结助剂的研究较少㊂本团队在前期的工作中,以粉煤灰为原料成功制备了堇青石陶瓷,其中粉煤灰掺量高达50%[11]㊂合成过程中添加了0.5%的氟锆酸钾作为物相转化增强剂,大大提高了堇青石的物相转化效率,但同时也生成了微量的锆英石第二相㊂相比于锆元素,稀土元素钇活性更高且常常存在于高温液相中,可避免第二晶相的引入㊂为此,本工作将在前期工作基础上,以氟化钇取代氟锆酸钾,合成高纯度粉煤灰基堇青石陶瓷,并系统分析氟化钇对其物相组成㊁微观形貌㊁力学性能和热学性能影响㊂本工作的研究成果可为高质量陶瓷的制备和烧结助剂的选择提供一定的参考依据㊂1㊀实㊀验1.1㊀试剂与材料粉煤灰来自国内某电厂(D50=6.41μm),滑石(粒度ɤ2.6μm)购自拓亿新材料有限公司,α-氧化铝(粒度ɤ5μm)和纳米氧化镁(粒度ɤ0.1μm)购自苏州优锆纳米材料有限公司㊂氟化钇㊁盐酸(HCl)为化学纯,去离子水㊂原料的主要化学组成如表1所示㊂第4期顾雅洁等:氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响1517㊀表1㊀原料的主要化学组成Table 1㊀Main chemical composition of raw materialsRaw material Mass fraction /%MgO Al 2O 3SiO 2SO 3ClCaO TiO 2Fe 2O 3Talc 31.400.4966.600.050.040.680.020.71α-Al 2O 3 99.600.21 0.010.05MgO 99.860.020.10 0.011.2㊀样品制备图1㊀粉煤灰基堇青石陶瓷样品制备流程示意图Fig.1㊀Schematic diagram of preparation process for fly ash-based cordierite ceramics samples 参照之前的工作[11],将粉煤灰进行预处理㊂预处理后粉煤灰的主要化学组成为SiO 254.8%㊁Al 2O 337.6%㊁Fe 2O 32.3%㊁CaO 1.1%㊂陶瓷样品制备流程见图1,具体来说,首先是根据堇青石理论组成,将上述预处理后的粉煤灰㊁滑石㊁氧化铝和氧化镁按照质量比16.67ʒ11.86ʒ5.47ʒ1.00混合配料㊂然后在上述粉体中,分别添加质量分数为0%㊁0.5%和1.0%的氟化钇为烧结助剂,随后用压片机在30MPa 的压力下压制成20mm ˑ16mm ˑ5mm 的方块素坯,依次标记为SY0㊁SY0.5和SY1.0㊂最后将素坯分别在1100㊁1125㊁1150㊁1200㊁1250㊁1300㊁1350ħ烧结温度下保温2h 获得样品㊂1.3㊀分析和测试使用Cu K α辐射源(λ=1.54Å)在Bruker D8Discover 衍射仪测试样品X 射线衍射谱,扫描范围为5ʎ~75ʎ㊂按‘致密定形耐火制品体积密度㊁显气孔率和真气孔率试验方法“(GB /T 2997 2015)测定样品的孔隙率㊁吸水率和体积密度;按‘耐火材料常温耐压强度试验方法“(GB /T 5072 2008)测定样品的压缩强度;采用配有能谱仪(EDS)的FEI Magellan 400型扫描电子显微镜对样品的显微形貌和微区元素含量进行分析㊂利用法国Setaram 公司MHTC96型高温比热测试仪测定样品的比热容,采用德国耐驰仪器制造有限公司生产的TMA 402F3型热膨胀分析仪测定样品的热膨胀系数,温度范围为100~800ħ㊂样品的抗热震测试在马弗炉中进行,将样品随炉以8ħ/min 的速率升至500ħ,保温30min 后迅速取出风冷到室温,随后再次放回500ħ炉中保温30min㊂让样品在室温至500ħ冲击下反复进行5次后,测试样品的残余压缩强度和强度保持率,其中强度保持率为残余压缩强度与样品热震前压缩强度比值㊂2㊀结果与讨论2.1㊀物相组成不同烧结温度下样品的XRD 谱如图2所示㊂图2(a)为SY0素坯的XRD 谱,主要衍射峰分别对应于滑石㊁氧化铝㊁莫来石和低温石英,其中莫来石和低温石英来自原料粉煤灰㊂图2(a)XRD 谱中还可观察到明显的鼓包,表明素坯中还含有部分无定形物质㊂当烧结温度为1100ħ时,样品SY0中主要的衍射峰分别对应于莫来石㊁方石英㊁顽火辉石和氧化铝(见图2(b)),此时原料中大部分滑石已受热分解,生成顽火辉石和方石英㊂加入添加剂后,样品SY0.5和SY1.0中除了上述物相的衍射峰外,还可观察到强度较弱的堇青石衍射峰,表明氟化钇可发挥烧结助剂的作用,有助于降低堇青石的生成温度㊂当烧结温度提高到1125ħ时,样品SY0中出现微弱的堇青石衍射峰,同时还可观察到微弱的镁铝尖晶石衍射峰(见图2(c))㊂在该烧结温度下,粉体中部分的镁㊁铝㊁硅元素可相互扩散生成少量的堇青石,同时受迁移速率的限制,部分区域的镁和铝元素不能和硅充分接触而反应生成了镁铝尖晶石㊂而在样品SY0.5和SY1.0中,堇青石的衍射峰相比于SY0更强㊂烧结助剂的引入提升了镁㊁铝㊁硅元素的迁移速率,且添加量越大,该提升效果越明显,堇青石物相的衍射峰越强㊂当烧结温度为1150ħ时,所有样品中均可观察到清晰的堇青石衍射峰,但添加剂的1518㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷引入导致样品SY0.5和SY1.0中堇青石衍射峰强度明显高于SY0(见图2(d)),氟化钇的促进烧结转化作用更加明显㊂同时在所有样品中仍可观察到部分方石英㊁镁铝尖晶石的衍射峰,表明此时堇青石的转化尚不完全㊂提升烧结温度至1200ħ时,如图2(e)所示,样品的衍射峰强度与1150ħ时类似,主要以堇青石为主㊂但值得注意的是,样品SY0.5中堇青石的衍射峰相比于SY1.0更为尖锐㊂这一现象在1250ħ时更为明显(见图2(f)),这表明适量的添加剂可促进转化,但添加量超过1%时,该促进作用受限㊂这很可能是因为在高温阶段过量氟化钇的存在会降低堇青石物相的稳定性,发生分解反应㊂当烧结温度为1300ħ时,样品SY0.5中的杂质含量较低,已看不到明显的杂质衍射峰,此时转化较为完全㊂进一步升高烧结温度至1350ħ,堇青石物相的稳定性变差,样品中杂质含量均略有提升(见图2(h))㊂XRD测试表明,添加剂氟化钇能够降低堇青石生成温度,提高堇青石转化率,但添加量过高时会影响已生成堇青石的稳定性㊂在本研究中,当氟化钇添加量为0.5%㊁烧结温度为1300ħ时,样品中堇青石的转化较为完全,发育良好㊂图2㊀不同烧结温度下样品的XRD谱(T-滑石㊁M-莫来石㊁C-氧化铝㊁S-低温石英㊁E-顽火辉石㊁R-方石英㊁O-堇青石㊁P-尖晶石)Fig.2㊀XRD patterns of samples at different sintering temperatures(T-talc,M-mullite,C-corundum,S-low temperature silica,E-enstatite,R-cristobalite,O-cordierite,P-spinel)㊀第4期顾雅洁等:氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响1519 2.2㊀物理性能样品的体积密度㊁开孔孔隙率和吸水率如图3所示㊂图3(a)为不同烧结温度下各样品的体积密度,在2.04~2.25g/cm3,差异较小㊂但在相同的烧结温度下,添加氟化钇的样品体积密度均高于SY0样品,说明氟化钇可以促进样品的致密化㊂氟化钇可以在陶瓷烧制过程中促进原料部分组分形成熔点较低的液相,利用晶粒间的毛细管效应填充样品内部孔隙,实现致密化㊂类似的作用在其他烧结助剂中也有报道[12-14]㊂当烧结温度为1300ħ,样品SY0.5的体积密度最大,为2.15g/cm3,致密化效果最为明显,其体积密度相较于SY0增加了5.2%㊂样品的开孔孔隙率和吸水率分别如图3(b)㊁3(c)所示,综合而言,样品SY0的开孔孔隙率和吸水率较高,这与样品较低的致密度有关㊂在1250~1350ħ,随着氟化钇的引入,样品的开孔孔隙率和吸水率双双降低㊂样品SY0.5在1300ħ的数值最低,开孔孔隙率为7.49%,吸水率为3.49%,相比于SY0,分别降低了58.6%和60.6%㊂结合图3(a)推测随着烧结温度的升高,高温状态下液相组分增加,有利于晶体生长和气体的排出,同时固相烧结的程度也在提高,此时开孔孔隙率和吸水率最低㊂进一步增加烧结温度至1350ħ时,SY0.5样品中的堇青石出现部分分解,可生成密度更大的镁铝尖晶石,使样品体积变小,容易再次出现孔洞,导致开孔孔隙率和吸水率升高㊂图3㊀样品的体积密度㊁开孔孔隙率和吸水率Fig.3㊀Bulk density,open porosity and water absorption of samples2.3㊀力学性能图4为1300ħ时样品的压缩强度㊁残余强度和强度保持率㊂图4(a)为烧结温度为1300ħ时各样品的压缩强度㊂在烧结助剂添加量分别为0.5%和1.0%时,样品的压缩强度分别为252.27和216.21MPa,是空白样品SY0的4.7和3.8倍㊂氟化钇的引入对样品力学性能的改善发挥了积极的作用,其中添加量为0.5%时效果最为显著㊂一方面是因为氟化钇具有显著的致密化作用,有利于提高陶瓷的机械强度,另一方面是因为适量氟化钇的引入可对堇青石的晶体发育产生影响,亦会对力学性能有积极贡献㊂图4㊀1300ħ时样品的压缩强度㊁残余强度和强度保持率Fig.4㊀Compressive strength,residual strength and strength retenion rate of samples at1300ħ1520㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷对样品进行热震试验后,其残余强度和强度保持率如图4(b)所示㊂经过5次的热震冲击后,所有样品外观均保持良好,未见明显的宏观裂纹㊂其中热震后SY0的残余强度为47.36MPa,相比于热震前略有提升㊂但样品SY0.5和SY1.0的残余强度出现了明显降低,强度保持率分别为81.1%和38.7%㊂尽管如此,SY0.5和SY1.0的残余强度仍然高于SY0,分别为204.65和83.71MPa㊂显然添加剂氟化钇的引入对样品的抗热震性产生了影响,随着添加剂量的不断提升,其强度保持率不断下降㊂这主要是因为SY0样品具有高的孔隙率和富足的玻璃相,在热震过程中易生成微裂纹,产生裂纹增韧的效果[15]㊂而氟化钇的引入增强了样品的致密性,降低了杂质的含量,易导致热震稳定性的降低[16]㊂结合XRD结果可知,当氟化钇的添加量为1.0%时,样品的稳定性变差,此时的热学稳定性严重受损,强度保持率下降明显㊂综合力学性能和热震稳定性,SY0.5样品具备一定的蓄热体应用潜力,可在频繁交替的热胀冷缩作用下兼顾力学强度和服役寿命㊂2.4㊀微观形貌为进一步分析氟化钇对陶瓷的影响,对样品的微观形貌进行了SEM表征,结果如图5所示㊂测试前所有样品均进行了抛光和HF酸溶液腐蚀处理,以方便去除表面玻璃相,暴露晶粒形貌㊂图5(a)显示SY0中含有大量的块状晶粒(标注为A),形状不规则且存在异常长大现象,同时还存在部分簇状晶粒(标注为B)和细小的圆形晶粒(标注为C)㊂对上述区域进行EDS分析,结果显示A区域中(图5(b))Mg㊁Al与Si的摩尔比为6.77ʒ12.63ʒ17.85,接近堇青石的原子比例㊂而B区域中(图5(c))富含大量的硅元素,同时有多种低熔点成分如Na㊁K㊁Fe等㊂C区域中(图5(d))硅含量明显降低,而Mg与Al的摩尔比为8.50ʒ14.79,接近镁铝尖晶石的原子比例㊂将EDS结果与XRD结果相结合,可知SY0中含有大尺寸的堇青石晶粒,晶粒边缘残存着未彻底清除的玻璃相,而晶粒表面分布着颗粒状镁铝尖晶石㊂图5(e)显示SY0.5主要由短柱状颗粒组成,EDS(图5(f))表明其为堇青石物相㊂相比于SY0,SY0.5中堇青石晶粒尺寸明显减小,同时玻璃相和镁铝尖晶石杂质的含量也显著降低㊂SEM结果表明,微量氟化钇的引入一方面提高了堇青石物相的转化率,抑制了杂质的生成;另一方面调控了堇青石物相的成核与生长发育,引起了晶粒细化避免了异常长大㊂值得注意的是,SY0.5样品中晶粒细化现象,可显著提高材料的力学性能[12,17]㊂图5㊀1300ħ时样品的SEM照片和EDS元素分析Fig.5㊀SEM images and EDS element analysis of samples at1300ħ第4期顾雅洁等:氟化钇对粉煤灰基堇青石陶瓷合成及性能的影响1521㊀2.5㊀热学性能比热容是材料的关键热学性质,反映了材料的蓄热能力㊂图6(a)为1300ħ烧结后样品的比热容结果㊂在25~150ħ,随着温度的升高,所有样品的比热容随之变大㊂样品SY0由0.766J /(g ㊃ħ)增至0.909J /(g㊃ħ),而SY0.5样品的比热容明显更高,由0.770J /(g㊃ħ)增至0.931J /(g㊃ħ)㊂在相同条件下,SY0.5的蓄积热量将更高㊂在实际应用过程中,这将有助于降低蓄热材料的使用量,减小材料和设备尺寸,利于成本的控制㊂图6(b)为样品的热膨胀系数㊂样品SY0和SY0.5在低温下热膨胀系数较小,100ħ时约为0.8ˑ10-6㊀ħ-1㊂随着温度的升高,陶瓷中各晶体内原子的振动幅度随之增加,热膨胀系数不断增加㊂最终,在100ħ至800ħ范围内,SY0.5的热膨胀系数为2.54ˑ10-6㊀ħ-1,低于SY0的2.62ˑ10-6㊀ħ-1㊂在堇青石的高温烧结过程中,烧结助剂的添加常常会增加样品的热膨胀系数,并不利于热膨胀系数的改善[13]㊂但氟化钇作为添加剂时,微量的添加可适量降低热膨胀系数,这主要是因为本研究中样品的热膨胀系数与样品的物相组成密切相关㊂相比于方石英和镁铝尖晶石,堇青石具有更低的热膨胀系数㊂而SY0.5中堇青石的含量明显高于SY0,因而具备了更低的热膨胀系数㊂图6㊀1300ħ时样品的比热容和热膨胀系数Fig.6㊀Heat capacity and thermal expansion coefficient of samples at 1300ħ2.6㊀影响机制图7㊀氟化钇作用机制示意图Fig.7㊀Schematic diagram of action mechanism of YF 3整体而言,微量氟化钇的引入对粉煤灰基堇青石陶瓷综合性能的提升产生了重要影响,而这与合成过程中高的堇青石转化效率密切相关㊂反应过程中,因硅元素多被高结合能的硅氧键所固定,物相转化主要是依靠扩散系数更高的镁和铝元素迁移至硅氧表面进行[18]㊂在不含添加剂时,镁铝元素迁移效率有限,难以接触到足够的硅元素,易生成镁铝尖晶石,而未参与反应的硅元素多以方石英和玻璃态存在㊂氟化钇作用机制示意图如图7所示,上述物质均作为杂质存在于所合成陶瓷中,影响最终陶瓷性能㊂引入氟化钇后,原料在较低的温度下生成了熔融液相,大幅提升了元素的迁移能力,促进物相转化㊂同时高温状态下,氟元素具备取代氧离子的作用,而钇元素反应活性很强也具有一定的亲氧性,这将导致高温液相中硅氧主体的连接度显著降低,可进一步促进镁铝元素与硅反应成核,进而生成颗粒均一,尺寸较小的堇青石颗粒[19-21]㊂反应的充分进行降低了杂质的含量,而高温液相的存在有利于基体孔隙的填充,最终所合成样品SY0.5纯度和致密度均较高,展现高的比热容㊁低的热膨胀系数和卓越的力学性能,极具蓄热体应用潜力㊂1522㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷3㊀结㊀论1)氟化钇可作为粉煤灰基堇青石陶瓷的烧结助剂,微量添加可显著增强样品的力学性能:既能促进原料中部分组分形成熔点较低的液相,填充样品内部孔隙,实现致密化,又能抑制堇青石晶粒过度长大,实现晶粒细化,提高压缩强度㊂2)微量氟化钇的引入还能在较低的温度下形成高温液相,提高元素间的迁移速率,降低堇青石物相生成温度,提高堇青石的转化效率,抑制杂质的生成,这对堇青石陶瓷热学性能的提升产生一定积极影响㊂3)当烧结温度为1300ħ㊁氟化钇的掺量为0.5%时,所得粉煤灰基堇青石样品体积密度为2.15g/cm3,孔隙率为7.49%,吸水率为3.49%,压缩强度为252.27MPa,5次热震后强度保持率为81.1%,比热容为0.770~0.931J/(g㊃ħ)(25~150ħ),热膨胀系数为2.54ˑ10-6㊀ħ-1(100~800ħ),其力学性能和热学性能均得到改善,是一种有潜力的蓄热体材料㊂参考文献[1]㊀YU W,CAO S S,WANG J,et al.Crystallization mechanisms of cordierite glass-ceramics with surface-center 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添加剂对合成堇青石的影响
添加剂对合成堇青石的影响
曾国辉
【期刊名称】《佛山陶瓷》
【年(卷),期】2006(16)4
【摘要】本文研究了锆英砂、碳酸钡、硅线石、氟化钙四种添加剂及其含量对合成堇青石晶相组成的影响.结果表明:四种添加剂的加入均提高了堇青石的含量,且加入量都有一最佳值,分别为锆英砂2wt%、碳酸钡3wt%、硅线石2wt%、氟化钙2wt%.
【总页数】3页(P9-11)
【作者】曾国辉
【作者单位】武汉理工大学材料科学与工程学院,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.添加剂和制备工艺对溶胶-凝胶法合成堇青石陶瓷析晶机理的影响 [J], 王少洪;陆浩然;侯朝霞;牛厂磊;薛召露;王浩;杨鸣春;付仲超;孙斌
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堇青石红外辐射复相陶瓷的结构与性能研究
Ｙ Ｎ Ｇｕ －ｎ Ａ ｏｊ ｉ
（ ｓ ｔｔｏ ＭａｅｉｌＨｅａ ｎｖｒｉ ｃｎ ｌｇ ， ｈ ｎｚ ｏ ｅ ａ ５ ０ ７ Ｃ ｉ ） Ｉ ｔｕｅ ｆ ｔｒ ， ｎ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｔ ｈ ｏｏｙ Ｚ ｅｇｈ ｕＨ ｎ ｎ４ ０ ０ ， ｈｎ ｎｉ ａ ｔ ｆｅ ａ
Ａｂｓｒ ｃ ｓ Ｔｈ ａ ｂ ｔ ｈ ｏ ｏ ｄｉｒｔ ｎｄ ｆ ｒｉ ｓ ｗｅ ｅ ｐ ｅ ａ ｅ ｎｄ ｍｉ ｅ ｏ ｅ ｈ ｒ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｉｅ ｔａ ｔ： ｅ ｒ ｗ ａｃ ｆｃ ｒ ｅ ｉｅ ａ ｅ ｒｔ ｒ ｒ ｐ ｒ ｄ ａ ｘ ｄ ｔ ｇ ｔ ｅ ，ａ ｈ ｏ ｏｓｔ ｅ
闰国进
（ 南 工 业 大 学材 料学 院 ，河 南 郑 州 ４ ０ ０ ） 河 ５０ ７
摘要：使用铁氧体生料和堇青石生料，在Байду номын сангаас适的工艺制度下，制备 了堇青石红外辐射复相 陶瓷。用红 外辐射测量仪测定 了样品的红外发射率，用 Ｘ Ｄ方法分析 了样 品的物相组成，用电子探针分析 了样 Ｒ
品中元素的面分布和其显微结构特征，并综合分析 了影响制品红外发射率的因素，结果表 明：复相 陶 瓷的主晶相为堇青石和铁氧体共存 ，和复合前铁氧体的发射率值相 比，复合体 陶瓷的全波段红外发射 率和光谱发射率均得到 了一定程度的提高，全波段红外发射率提高了 ４ ５ ％～ ％，光谱发射率提高 了 ｌ ５ ％～ ％；复相 陶瓷中，铁氧体含量的变化，对复相 陶瓷的红外发射率没有影响。 关键词：堇青石；红外辐射；复相 陶瓷；结构与性能
氧化铈热膨胀系数
氧化铈（CeO2）是一种陶瓷材料，由于其独特的物理和化学性质，如高热稳定性和优异的氧化还原性能，它在许多高科技应用中都非常重要，包括作为催化剂、氧传感器、涂层材料以及在电池和燃料电池中的电解质。
氧化铈的热膨胀系数是指材料温度变化时，其尺寸（如长度、体积）随温度变化的比率。
热膨胀系数是一个材料属性，通常用α 表示，其定义为：
\[ \alpha = \frac{\Delta L}{L \cdot \Delta T} \]
其中：
ΔL 是温度变化ΔT 时材料长度的变化量，
L 是材料的初始长度。
对于氧化铈，其热膨胀系数在不同温度范围内可能会有所不同。
在较宽的温度范围内，氧化铈的热膨胀系数通常在8×10^6 /°C 到12×10^6 /°C 之间。
然而，具体的热膨胀系数取决于氧化铈的纯度、微观结构和制备方法。
在极端温度下，例如在高温或快速温度变化的情况下，热膨胀系数可能会发生变化，因为材料内部的应力和结构变化会导致热膨胀行为的变化。
由于热膨胀系数是材料性质的一个关键参数，它在工程设计和材料选择中非常重要，特别是在需要材料在温度变化环境下保持尺寸稳定性的应用中。
色料对堇青石蜂窝陶瓷性能的影响
色料对堇青石蜂窝陶瓷性能的影响方红\侯来广\刘艳春\黄诚2,任雪潭2(1.广州市红日燃具有限公司，广州510430;2.西南科技大学，绵阳621010)摘要:红外线燃气灶具具有加热均匀、热效率高、燃烧充分、烟气量少、热效率高达68.5%等诸多优点，成为节能灶具的代表性产品。
蜂窝陶瓷板是红外线节能灶具的一个关键部件,其表观性能和理化性能对灶具的外观设计和家庭室内装饰的协调性都有一定的影响。
本论文以堇青石蜂窝陶瓷为基本材料，选择铬绿、锆铁红、镨黄、钴黑四种色料为添加物，探究了加人色料的种类及含量对蜂窝陶瓷板的性能影响。
通过对制备瓷片的收缩率、吸水率、抗折强度等的测试及X RD和SEM分析，结合外观情况，结果表明，一定量色料的添加并不会影响到堇青石质蜂窝陶瓷的主要性能,彩色蜂窝陶瓷的收缩率、吸水率、抗折强度及抗热震性能均在合格标准范围内。
堇青石；色料；掺杂1前言目前，蜂窝陶瓷广泛应用于汽车尾气净化器、臭氧抑 制催化剂载体、冶金工业的热交换和金属液的过滤、化学 工业的化学反应载体及催化剂、红外辐射燃烧、粉末冶金 的承烧板、采矿业的有毒气体和液体的净化处理、轻工业 的喷涂以及建材工业的消声材料和窑炉的隔热材料M。
随着德国人Schwank发明的多孔陶瓷板燃气红外辐射器作者简介:方红，男，工程师，主要研究方向红外线燃烧技术。
的问世，很多特殊的耐火材料制造的红外线辐射板也相 继出现。
蜂窝陶瓷板作为燃气红外加热器的核心部件，它 以热辐射的方式加热物体，由于辐射加热具有很多独特 的性能，且一般陶瓷材料的热辐射率都比较高，所以这种 蜂窝陶瓷板红外加热器与传统的燃烧器相比，具有加热 效率更高、产品加工性能更好和极低的CO、NO x产生率 等优点，因此蜂窝陶瓷板辐射器使用十分广泛。
红外线节能灶具就是采用了多孔红外辐射板产生的 红外线加热原理。
这种红外线辐射板可以辐射出一定波 长的红外线，能够加快物体的受热过程;燃烧板工作时火 焰短，附着于燃烧板表面以下2 ~ 3 mm的火孔内，基本上看不见火焰，所以也被称为无焰燃烧方式。
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ISSN 100020054CN 1122223 N清华大学学报(自然科学版J T singhua U niv (Sci &Tech ,2001年第41卷第10期2001,V o l .41,N o .101 33124CeO 2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响史志铭,梁开明,顾守仁(清华大学材料科学与工程系,教育部先进材料重点实验室,北京100084收稿日期:2000205217作者简介:史志铭(19642,男(汉,内蒙古,副教授。
摘要:为了获得堇青石含量高且具有一定孔隙率的堇青石质耐火材料,用X 射线衍射仪、扫描电镜和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末(M gO 、A l 2O 3和Si O 2制备堇青石陶瓷时,添加CeO 2对堇青石陶瓷相组成和性能的影响,分析了CeO 2在烧结过程中的作用机理。
试验表明,在1370℃烧结3h ,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。
随CeO 2含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。
适量添加CeO 2(质量分数为0.02~0.04,显著降低中间相(方石英、尖晶石的含量。
CeO 2的作用主要与改变Si 4+、A l 3+和M g 2+离子的扩散有关。
这种工艺特别适用于制造窑具、高温气体过滤器等部件。
关键词:堇青石;二氧化铈;烧结;性能;多孔陶瓷中图分类号:TQ 174.75文章编号:100020054(20011020001204文献标识码:AEffects of CeO 2on the pha se com ponen ts and properties of cord ier ite ceram icsS HI Zhi m ing ,L I A NG Ka i m ing ,GU S houre n(Key Laboratory of Advanced M ater i als ,the M i n istry of Education ,D epart men t of M ater i als Sc ience and Eng i neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi naAbstract :CeO 2is used as an additive in the sintering of co rdierite ceram ic to obtain ceram ics w ith h igh ly amounts of co rdierite and to decrease the sintering temperature .In the p resent wo rk,theco rdierite ceram ics w ere p repared w ith pow der sintering m ethod .T he effects of CeO 2on the phase components and p roperties w ere studied using X 2ray diffractom eter,scanning electronic m icro scope and ther m al 2m echanical dilatom eter .T he m echanis m of CeO 2insintering is also discussed .W hen sintered at 1370℃fo r 3h,the ceram ics are compo sed of co rdierite and iso lated glass phase .T he density,bending strength and ther m al expansi on coefficient increase w ith increasing CeO 2content .T he ceram ic added0.02~0.04(m ass fracti on of CeO 2is suitable fo r fabricating po rous assem blies,such as filters fo r h igh temperature stream s andcatalytic suppo rts fo r purifying veh icle exhaust .T he acti on of CeO 2is associated w ith the modificati on of cati on diffusi on in the sintering p rocess .Key words :co rdierite;cerium oxide;sintering;p roperty;po rousceram ic窑具、汽车尾气净化器、高温金属、非金属熔体过滤器等部件服役于温度变化激烈的场合。
为了满足热震性的要求,其材料必须具有较低的热膨胀系数和较高的机械强度。
堇青石(M g 2A l 4Si 5O 18在氧化物陶瓷中具有较低的热膨胀系数[1],是这类部件的首选材料。
化学计量成分的堇青石陶瓷,由于制备时所需的烧结温度高,成品孔隙率高,因此经常被用于制备多孔陶瓷及耐火材料。
但是,陶瓷中堇青石含量低,常常残留象石英、尖晶石和莫来石等未转变完全的晶相。
由于它们的热膨胀系数远高于堇青石,对陶瓷的热震性能损害很大。
所以,如果能够通过添加烧结助剂的方法,提高堇青石陶瓷的烧成速度和陶瓷强度,又能够维持它应有的孔隙率,则对制备堇青石陶瓷是非常有益的。
堇青石陶瓷的强度低于其它氧化物陶瓷[2]。
添加莫来石、氧化锆、碳化硅[3~5]等第二相可以改善强度,但是也不同程度地损害了陶瓷的热膨胀性能。
稀土具有较高的化学活性,其氧化物又是非常好的陶瓷烧结助剂。
把适量CeO 2添加到A l N [6]、Zr O 2[7]和SrT i O 3[8]陶瓷中,均起到促进烧结、稳定组织和改善性能的作用。
CeO 2对堇青石陶瓷的烧结性能、力学性能和热性能的影响是本文研究的重点问题。
1研究方法采用化学分析纯的氧化物粉末按化学计量成份的堇青石(A l 2O 3、M gO 和Si O 2的质量分数w 分别为0.349、0.138和0.513配比,分别加入w 为0.02、0.04、0.06、0.08和0.10的CeO 2,在球磨机上湿磨6h 后烘干。
试样采用70M Pa 单向应力半干压成型。
采用R IGA KU D m ax 22400X 型X 射线衍射仪(XRD 进行成品的相分析。
采用CuK Α靶,电流(c及其它未标强峰:Α2堇青石,s:尖晶石;+:方石英图1添加不同量Ce O2的陶瓷的相组成40mA,电压120KV,扫描速度4(° m in。
用附带能谱仪(ED S的CS M950型扫描电镜(SE M做试样的表面形貌观察和相鉴定。
试样表面经机械抛光后喷金处理。
弯曲强度采用三点弯曲试样(4mm×3 mm×30mm,加载速度为1.5mm m in。
用SETA RAM2TM A92型热分析仪分析陶瓷试样的热膨胀过程,升温速度为10℃ m in,氩气气氛保护。
2试验结果2.1Ce O2对堇青石陶瓷相组成的影响在1370℃烧结3h,各试样的相组成如图1所示。
CeO2的质量分数w分别为0和0.02的试样仍残留尖晶石和方石英。
但加入w为0.02的CeO2时,残留石英的比例下降。
当CeO2的质量分数w达到0.04时,中间相几乎全部消失,晶相变成单一Α堇青石。
堇青石主峰的降低实际上是玻璃相形成所致(如图3所示。
此时,CeO2在堇青石中的固溶度达到最大,多余的CeO2熔入液相中。
2.2烧结性能由图2可见,随着CeO2含量的增加,坯体的线收缩率增加,瓷体的孔隙率呈线性降低。
这归结于烧结过程中液相促进收缩而致密的缘故。
添加质量分数w为0.04的CeO2时,孔隙率仍然有20%以上。
孔隙率的变化与用扫描电镜观察到的陶瓷表面形貌(图3相吻合。
随着CeO2含量的增加,表面的连通孔转变成封闭的圆孔,而且比例下降。
在图3b,d的背散射形貌相中,白色相就是富集Ce的玻璃相,呈孤立分布。
可见,随CeO2含量的增高,玻璃相比例逐渐增加。
但对堇青石基体的隔离程度不大。
图2Ce O2对堇青石陶瓷孔隙率(∆和烧结线收缩量(Ε的关系2.3抗弯强度及热膨胀性能图4反映了CeO2对陶瓷弯曲强度的影响。
弯曲强度随CeO2含量的增加而增加。
这主要是由于液相引起的瓷体致密化的作用。
表1是根据热膨胀曲线计算得到的在20~ 800℃温度范围内各试样的平均线性热膨胀系数。
热膨胀系数随着CeO2含量的增加而增加的主要原2清华大学学报(自然科学版2001,41(10(a,c为二次电子相;b,d为背散射电子相图3添加不同含量Ce O2的陶瓷的扫描电镜照片图4Ce O2添加对陶瓷弯曲强度的影响因有:1堇青石玻璃相的热膨胀系数高于堇青石晶体;2Ce在堇青石晶体中的微量固溶,导致Α堇青石(六方结构晶体中六元环之间的八面体在受热时沿c轴的收缩量减小。
两个因素综合作用造成堇青石陶瓷的热膨胀系数增加幅度并不大。
表1添加Ce O2后堇青石陶瓷的热膨胀系数w(CeO2热膨胀系数Α×1060.001.800.022.000.042.280.103.18从上面对陶瓷的相结构和几种性能的分析可以看出,添加质量分数为0.04的CeO2,由于降低陶瓷的烧结温度,促进了堇青石相的形成,所以在1370℃烧结基本上消除了中间相,晶相变成单一Α堇青石,而玻璃相的含量仍较低。
陶瓷的弯曲强度有所增加。
热膨胀系数的增加幅度不大,与文[2,3]报道的添加莫来石和氧化锆的影响相近。
3史志铭,等:CeO2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响3关于CeO2作用机理的讨论由氧化物粉末烧结堇青石陶瓷的物理化学过程可表述为:1通过早期的固态扩散,当M g2+和A l3+在Si O2中达到极限固溶时,就发生向堇青石的转变。
2液相出现后,Α堇青石形成的方式转变为由液相直接结晶。
在上述过程中,CeO2影响了Si4+、A l3+和M g2+离子的扩散行为。
众所周知,阳离子的电场强度(Z r2,Z代表阳离子的电价数,r代表阳离子半径表示它对阴离子引力的强弱程度[11]。
根据文[12]中相关阳离子的基本物理性能计算的电场强度,如表2所示。
同在6配位的情况下, Ce4+的Z r2值高于M g2+但低于A l3+和Si4+。
当组成M gO2A l2O32Si O22CeO2系统时,Ce4+会吸引M gO、A l2O3中的O2-离子而减弱M g—O和A l—O 的键力,所以,在固态下就容易形成尖晶石。