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芦苇基陶瓷的制备及性能研究

作　者: 杨小翠
导　师: 吴庆定
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: 芦苇基陶瓷 高压热模成形 保护烧结 性能 结构
分类号: TQ174.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着可持续性发展战略和两型社会建设目标的提出,高质利用芦苇秆、棉梗、树木枝丫材等农林生物质资源对于缓解资源矛盾、维护自然环境等具有非常重要的意义。本论文以芦苇秆粉末为基材,配入不同比例的酚醛树脂,经混料制粒、高压热模成形、保护气氛陶瓷化烧结等工序,制得了芦苇基陶瓷试件；借助三维立体数码显微镜(3D SSDDM)、响应面设计软件(Design Expert)、热重分析(TGA)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等实验设计与分析手段,分析了试件原料配比、烧结温度对试件碳得率、体积收缩率、表观密度、开口气孔率、静曲强度、的影响；并通过XRD和SEM对微观结构等进行了分析和表征。得到如下结论。1、通过热重分析,考察了不同升温速度下芦苇、酚醛树脂以及两者混合料的热分解行为,为坯块的陶瓷化烧结升温速度的确定提供了参考。试验表明：陶瓷化烧结时升温速度过快易造成试样传热不均匀,甚至产生裂纹和翘曲；但升温速度过慢也会使坯块的炭得率过低,并且升温速度缓慢能量耗散增大。2、融合木质材料热压成形与金属粉末温压成形原理与技术,采用封闭式刚性模对芦苇基陶瓷坯块实行了高压热模成形；借助响应面试验设计与分析手段,获得了最佳热模成形工艺条件：热压温度160℃、热压压力65Mpa、保温保压时间30min；综合考虑认为陶瓷化烧结时的升温速率为5℃/min。3、借助3D SSDDM、TGA、XRD、SEM等现代分析方法与手段,通过对芦苇基陶瓷的性能与组织形貌分析,认为：(1)芦苇基陶瓷随着酚醛树脂含量的增加,碳得率增加,体积收缩下降,表观密度增大,静曲强度增大；随着烧结温度的升高,木陶瓷的碳得率下降,体积收缩率增大,木陶瓷的表观密度先减小,后增加。结果表明芦苇基陶瓷力学性能优于其他木质材料制备的木陶瓷。(2)通过XRD,发现芦苇基陶瓷是一种非晶态炭材料,原料配比对芦苇基陶瓷的XRD图谱影响较小,烧结温度不同时,XRD图谱中出现了两个类似石墨的峰,分别是峰(002)和峰(101),形成的石墨烯片呈乱层结构；芦苇基陶瓷的晶面间距d002随着原料配比的增加而减小,随着烧结温度的提高而增大。(3)由SEM分析可知由芦苇基陶瓷是一种典型的多孔结构的炭材料,陶瓷化烧结后的木陶瓷仍然有类似于木材的导管纹孔等微观组织构造。不加胶的芦苇基陶瓷组织比较疏松,加入胶的芦苇基陶瓷结构密实。烧结温度提高,芦苇基陶瓷的微观结构缓慢改变,石墨微晶长大和结构有序性提高。4、通过紫铜粉(Cu)的加入对芦苇基陶瓷的复合改性研究,发现芦苇／紫铜复合木陶瓷的静曲强度是纯芦苇基陶瓷的1.86倍,表明纯芦苇基陶瓷的性能具有较好复合改性潜力,对于拓展其应用范围具有重要意义。

全文目录


摘要  4-6ABSTRACT  6-111 绪论  11-20  1.1 引言  11-12  1.2 木陶瓷的制备  12-15    1.2.1 原材料的选取  13-14    1.2.2 陶瓷化烧结工艺  14-15  1.3 木陶瓷的结构研究  15-16  1.4 木陶瓷的主要性能  16-17  1.5 现有方法中存在的问题  17-18  1.6 本论文的研究意义  18  1.7 研究内容与研究方法  18-20    1.7.1 研究内容  18    1.7.2 研究方法  18-202 原材料热重分析  20-25  2.1 芦苇的热重分析  20-21  2.2 酚醛树脂的热重分析  21-23  2.3 芦苇/酚醛树脂混合料的热重分析  23-24  2.4 本章小结  24-253 芦苇基陶瓷的制备  25-42  3.1 芦苇秆粉末的制备  25-29    3.1.1 材料与方法  25-27    3.1.2 原材料的理化性能  27-29  3.2 芦苇基陶瓷坯块的高压热模成形工艺  29-39    3.2.1 高压成形设备与模具  29-30    3.2.2 高压热模成形工艺与参数优化  30    3.2.3 高压热模成形工艺与参数优化  30-39    3.2.4 高压热模成形工艺特点  39  3.3 陶瓷化烧结工艺的确定  39-41    3.3.1 烧结试样的准备  39-40    3.3.2 烧结工艺的制定  40-41    3.3.3 烧结过程与控制  41  3.4 本章小结  41-424 芦苇基陶瓷的性能研究  42-51  4.1 检测方法  42-43    4.1.1 碳得率  42    4.2.2 体积收缩率  42    4.1.3 表观密度  42-43    4.1.4 开口气孔率  43    4.1.5 静曲强度  43  4.2 原料配比对芦苇基陶瓷性能的影响  43-46    4.2.1 原料配比对芦苇基陶瓷碳得率和尺寸收缩的影响  43-45    4.2.2 原料配比对芦苇基陶瓷表观密度和开口气孔率的影响  45    4.2.3 原料配比对芦苇基陶瓷静曲强度的影响  45-46  4.3 烧结温度对芦苇基陶瓷性能的影响  46-50    4.3.1 烧结温度对芦苇基陶瓷碳得率和尺寸收缩的影响  46-48    4.3.2 烧结温度对芦苇基陶瓷表观密度和开口气孔率的影响  48-49    4.3.3 烧结温度对芦苇基陶瓷静曲强度的影响  49-50  4.4 本章小结  50-515 芦苇基陶瓷的微观形貌及结构分析  51-59  5.1 X射线衍射(XRD)分析  51-55    5.1.1 分析方法  51    5.1.2 分析原理  51-52    5.1.3 不同原料配比下芦苇基陶瓷的XRD分析  52-53    5.1.4 不同炭化温度下芦苇基陶瓷的XRD分析  53-55  5.2 扫描电子显微镜(SEM)分析  55-57    5.2.1 分析方法  55    5.2.2 显微结果分析  55-57  5.3 本章小结  57-596 芦苇/紫铜复合陶瓷材料制备与应用初探  59-63  6.1 芦苇/紫铜复合陶瓷材料的制备  59  6.2 芦苇/紫铜复合陶瓷材料的性能  59-62    6.2.1 基本性能  60    6.2.2 X射线衍射(XRD)分析  60-61    6.2.3 扫描电子显微镜(SEM)分析  61-62  6.3 应用初探  62  6.4 本章小结  62-637 结论与展望  63-66参考文献  66-74附录  74-75致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 硅酸盐工业 > 陶瓷工业 > 基础理论
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