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    氧化鋁基蜂窩陶瓷蓄熱體的制備及其性能研究
    瀏覽: 發布日期:2019-01-19
    氧化鋁基蜂窩陶瓷蓄熱體的制備及其性能研究
         蜂窩陶瓷蓄熱體以a-Al_2O_3微粉料為主原料,采用粘土、蜂窩陶瓷蓄熱體羧甲基纖維素(CMC)等有機-無機復合增塑劑,蜂窩陶瓷蓄熱體加入桐油等作為潤滑劑,采用擠出成型法制備剛玉質高溫型蜂窩陶瓷蓄熱體。用塑性測試儀測定了增塑劑等對泥料可塑性指標的影響;解決了瘠性料難以擠塑成型的技術難題。在制備過程中,引入MgO等礦化劑來降低氧化鋁的燒結溫度,促進氧化鋁陶瓷的燒結,調整材料的礦物組成,控制材料的顯微結構,優化材料的熱學性能和力學性能等,使其能夠應用于高溫蓄熱燃燒領域。實驗發現,泥料的含水量應該保持在10%~20%的范圍內,復合增塑劑含量保持在3~7%為宜。
         蜂窩陶瓷蓄熱體MgO蜂窩陶瓷蓄熱體等礦化劑的引入能夠有效的促進Al_2O_3陶瓷的燒結,使其能夠在1450℃保溫1小時的條件下發生燒結。 通過XRD、SEM(帶能譜分析)等測試手段測試樣品的礦物組成和顯微結構;結果表明,引入MgO等礦化劑后,材料在燒結過程中主要形成第二相和一定量的低共溶相填充在Al_2O_3晶粒之間,籍此可以有效控制材料的顯微結構。用示差法、阿基米德法、三點彎曲法等方法測試出材料的熱膨脹系數、密度、吸水率、氣孔率、強度等。材料的熱膨脹系數可降低到62.5×10~(-7)·C~(-1)以下,孔壁密度大于2.40 g/cm~3,吸水率保持在9~16%,顯氣孔率小于38%,抗折強度則大于40MPa,用TC700OH激光熱常數測試儀測定了材料的導熱系數和比熱,導熱系數為1.015×10~1W/(m·K)(18℃)和5.802×10~0 W/(m·K)(1300℃),比熱為8.836×10~(-1) J/(g·K)(18℃)和1.960×10~0 J/(g·K)(1300℃),用三角耐火錐測溫法測定了材料的耐火度,其值大于1790℃,采用模擬實際工況的方法對材料的抗熱震性進行了測試,在1100℃~10℃的冷水交替循環下抗熱沖擊次數大于40次。
        蜂窩陶瓷蓄熱體實驗發現,當外加劑含量較少時,樣品的燒結程度低,強度不理想,抗熱震性能不好。外加劑含量過多則生成過多的液相,使樣品的氣孔率大大減小,減少了材料在熱沖擊過程中的結構調整空間,從而降低了材料的抗熱震性能。SiC的引入,不但能夠與Al_2O_3發生反應生成液相組分和第二相,并且能夠誘導Al_2O_3晶粒長成片狀,大大增強晶粒間的結合強度,剩余的SiC還可以起到顆粒彌散增強的作用,從而有效的提高了Al_2O_3陶瓷材料的強度。引入SiC的樣品在燒結過程中,首先在樣品的表面產生SiC與O_2及Al_2O_3的反應,形成一層致密的保護層,阻礙O_2進入材料內部,在材料的內部留下較大的氣孔率,可以降低其熱膨脹系數,并使材料在受熱過程中有一定的空間進行結構調整,能夠顯著的提高Al_2O_3陶瓷材料的抗熱沖擊次數。 實驗結果表明,本文開發的蜂窩陶瓷蓄熱體具有良好的蓄熱性、傳熱性、抗熱震性和耐高溫性,并具有較高的強度和密度,是一種非常理想的高溫型蓄熱體。
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