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抗热震陶瓷制备技术及应用研究

作　者: 张巍
导　师: 韩亚苓；孙泰礼
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化铝基陶瓷抗热震性堇青石钛酸铝锂霞石
分类号: TQ174
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 3次
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内容摘要

本课题针对普通陶瓷热电偶保护管耐急冷急热性差,很容易断裂这一问题,对氧化铝陶瓷进行了改进,以提高氧化铝陶瓷的抗热震性。在实验过程中采用以Al₂O₃为基的纳米陶瓷粉料,再分别加入适量的堇青石、钛酸铝和锂霞石等粉料。通过混料、成型、排塑、烧结等工艺制备出Al₂O₃基纳米复相陶瓷。成型工艺采用干压成型和冷等静压成型技术,烧结工艺为无压烧结。通过实验确定了制备Al₂O₃—堇青石复相陶瓷、Al₂O₃—钛酸铝复相陶瓷和Al₂O₃—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺,以及合成堇青石和锂霞石的最佳合成工艺。从XRD检测结果可以看出,合成堇青石的最佳工艺为:最高合成温度为1400℃,保温2h,降温速度为0.8℃/min;合成锂霞石的最佳工艺为:最高合成温度为1310℃,保温2h,降温速度为0.8℃/min。采用SEM对陶瓷进行组织结构分析,发现氧化铝—堇青石复相陶瓷中形成长柱状颗粒,互相连接的长柱状颗粒能较好地抵抗由于热震引起的裂纹的扩展,使材料的抗热震性能大大改善;在Al₂O₃—钛酸铝复相陶瓷中,存在大量的强化相颗粒,这些强化相颗粒镶嵌在基体上,可以阻止裂纹的扩展,有效的缓解了热应力,因此提高了材料的抗热震性。结果表明:堇青石加入量w（堇青石）=10%,烧结温度为1520℃时,陶瓷样品能够承受1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al₂O₃—堇青石复相陶瓷的最佳工艺;钛酸铝加入量w（钛酸铝）=20%,烧结温度为1510℃时,陶瓷样品能够承受1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al₂O₃—钛酸铝复相陶瓷的最佳工艺;锂霞石加入量w（锂霞石）=20%,烧结温度为1500℃时,陶瓷样品能够承受钢水中1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al₂O₃—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-33
  1.1 陶瓷性能特点  11-16
    1.1.1 力学性能  11-12
    1.1.2 热学性能  12-13
    1.1.3 陶瓷的脆性问题  13
    1.1.4 陶瓷增韧技术  13-16
  1.2 抗热震陶瓷材料  16-25
    1.2.1 陶瓷材料抗热震性的理论研究  16-19
    1.2.2 陶瓷材料抗热震性的机理研究  19-21
    1.2.3 提高陶瓷抗热震性的主要措施  21-22
    1.2.4 抗热震陶瓷的力学性能检测方法  22-24
    1.2.5 抗热震陶瓷的热学性能检测方法  24-25
  1.3 抗热震陶瓷在热电偶保护管中的应用  25-29
    1.3.1 热电偶保护管的作用  25-26
    1.3.2 对热电偶保护管的要求  26
    1.3.3 热电偶保护管材质的现状  26-28
    1.3.4 热电偶保护管目前存在的问题  28-29
  1.4 本课题的选题背景、内容、技术难点、创新点、意义及前景展望  29-33
    1.4.1 本课题的选题背景  29-30
    1.4.2 课题研究过程具体内容  30-31
    1.4.3 本课题主要技术难点、创新点及意义  31
    1.4.4 前景展望  31-33
第二章抗热震陶瓷材料的制备  33-51
  2.1 成分设计思路及设计方案  33-36
    2.1.1 成分设计思路  33
    2.1.2 成分设计方案  33-35
    2.1.3 原料选择  35-36
  2.2 纳米粉体分散技术  36-39
    2.2.1 纳米粉体分散的概念及方法  36
    2.2.2 分散剂的选择  36-37
    2.2.3 PVB的配制  37
    2.2.4 分散工艺研究  37-39
  2.3 成型粉体的制备及实验设备  39-41
    2.3.1 混料  39
    2.3.2 烘干  39
    2.3.3 成型  39-41
  2.4 烧结  41-48
    2.4.1 烧结机理  41-43
    2.4.2 无压烧结可行性分析  43
    2.4.3 氧化铝基纳米复相陶瓷烧结设备与工艺  43-45
    2.4.4 烧结温度设置方案  45-48
  2.5 性能测试  48-50
    2.5.1 相对密度测试  48-49
    2.5.2 收缩率测试  49
    2.5.3 抗热震性测试  49-50
  2.6 相组成及显微组织的性能检测  50-51
    2.6.1 相组成分析  50
    2.6.2 微观组织检测  50-51
第三章实验结果与讨论  51-69
  3.1 常压烧结Al_2O_3—堇青石纳米复合陶瓷研究  51-58
    3.1.1 合成堇青石工艺及实验结果  51-53
    3.1.2 堇青石添加量对陶瓷相对密度的影响  53-54
    3.1.3 烧结温度对陶瓷相对密度的影响  54
    3.1.4 烧结气氛对性能的影响  54-55
    3.1.5 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析  55-57
    3.1.6 制备Al_2O_3—堇青石复相陶瓷的最佳工艺及制品  57-58
  3.2 常压烧结Al_2O_3—钛酸铝纳米复合陶瓷研究  58-63
    3.2.1 钛酸铝添加量对陶瓷相对密度的影响  58-59
    3.2.2 烧结温度对陶瓷相对密度的影响  59
    3.2.3 钛酸铝(Al_2O_3·TiO_2)的晶体结构对相对密度的影响  59-60
    3.2.4 陶瓷相对密度与陶瓷抗热震性的关系  60
    3.2.5 钛酸铝含量及烧结温度对复合陶瓷线收缩率的影响  60-61
    3.2.6 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析  61-62
    3.2.7 制备Al_2O_3—钛酸铝复相陶瓷的最佳工艺  62-63
  3.3 常压烧结Al_2O_3—锂霞石纳米复合陶瓷研究  63-69
    3.3.1 合成锂霞石工艺及实验结果  63-66
    3.3.2 钾霞石添加量对陶瓷相对密度的影响  66
    3.3.3 烧结温度对陶瓷相对密度的影响  66
    3.3.4 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析  66-68
    3.3.5 制备Al_2O_3—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺  68-69
第四章结论  69-70
参考文献  70-74
在学研究成果  74-75
致谢  75

抗热震陶瓷制备技术及应用研究

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