CeO_2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响_图文(精)

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 33

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CeO 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:A

Effects of CeO 2on the pha se com ponen ts and properties of cord ier ite ceram ics

S 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 na

Abstract :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,

the

co 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 2in

sintering 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 added

0.02~0.04(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 and

catalytic 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 rous

ceram 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