堇青石—莫来石复合材料合成与制备.doc

堇青石-莫来石复合材料的合成与制备 秦梦黎 摘要：本文阐述了堇青石-莫来石复合材料的合成与制备的方法，以及其在棚板、窑具、陶瓷方面的应用。并且，结合这些方法的优缺点，本课题以蓝晶石、滑石为原料制备出堇青石-莫来石复合材料。 关键字：堇青石-莫来石复合材料，合成，应用，窑具，陶瓷 Abstract：This paper describes the cordierite - mullite composite material synthesis and preparation methods, and its application in the shed board, kiln furniture, ceramics.And, combined with the advantages and disadvantages of these methods, the kyanite, talc as prepared cordierite - mullite composites. Key words:cordierite - mullite composites,synthesis,application,kiln furniture, ceramics 引言 随着科学技术的飞速发展，世界各国掀起了一场新技术革命，新材料作为一切新科技成就的基础备受各国学者重视。陶瓷是人类生活中不可缺少的一种材料，近年来随着陶瓷生产技术的改进，人们开??研制了各种高性能窑具来满足陶瓷工业在研发陶瓷新材料方面的发展。 堇青石具有热膨胀系数小、抗热震稳定胜好等优点。但堇青石韧性较低、荷重软化点低和合成温度范围窄(仅25℃)，仅在其熔点(1460℃)非常窄范围内才信镜结，用传统方法如不采用偏离堇青石组成或添加烧结助剂的方法，很难获得致密的纯相堇青石陶瓷，因而大大地限制了其优良性能的发挥。而莫来石高温性能好和机械强度高，将堇青石与莫来石复合是提高其高温性能的有效措施。所以合成堇青石—莫来石复合材料是开展此项研究的基础之一。 1 堇青石 堇青石化学组成为2MgO·2A12O3·5SiO2，是一种硅酸盐矿物，在自然界中分布较广，但含量较低，很少富集成矿。工业上所使用的堇青石大多为人工合成，具有开采价值的天然的堇青石大矿床至今没有找到。 表1-1为堇青石材料的性能，由于它具有较低的热膨胀系数和良好的热稳定性，抗热震性好等优点[1]-[7]，因而得到了广泛的应用。常作为抗热震材料被广泛应用于汽车尾气净化装置、催化剂载体、耐热涂层、热交换机材料、电子封装材料、泡沫陶瓷、印刷电路板等，以及一些冷热骤变的环境中，比如陶瓷换热器、热风炉、匣钵、棚板、支柱砖等等[8]-[15]。 表1-1 堇青石的性能 Tab.1-1 The properties of cordierite 2 莫来石 莫来石莫来石是A12O3?SiO2系中在标准大气压下从室温到高温唯一稳定的晶相，莫来石为斜方晶系，晶体中硅铝氧结构是由[SiO4]四面体连接成的双链，连接一条条双链的是六配位的铝离子。由于莫来石的结构为双链状排列，故它的晶体一般呈针状、柱状结构，在一些高铝质，特别是电熔奠来石中可形成密集交错的针状莫来石结晶网。性能：莫来石材料由于其优越的性能:耐火度高、热震稳定性好、热膨胀系数低、高温抗蠕变性好、具有很高的耐磨性及耐剥落、耐侵蚀性等，其应用极其广泛。但天然存在的莫来石矿物很少，一般多采用人工合成的莫来石原料。 表1-2 莫来石的性能 Tab.1-2 The properties of mullite 3 堇青石-莫来石复合材料 堇青石的热膨胀系数小(25~1 000℃下约为1×10-6～2×10-6℃-1)，抗热震性和化学稳定性好，但其耐火度较低，且在1470℃会发生分解,莫来石的耐火度高，热膨胀系数大(4.5×10-6℃-1)。可见，堇青石与莫来石的膨胀系数相差较大，可在堇青石-莫来石复合材料中产生微裂纹而对材料的抗热震性能有利[16]。 3.1 堇青石-莫来石复合材料的合成工艺 由于堇青石的生成温度和分解温度较为接近。也就是说堇青石的烧成范围比较窄，在较低温度下没有明显的堇青石生成，提高烧成温度则会导致大量的玻璃相生成。所以，在莫来石-堇青石窑具生产中，为了减少玻璃相，提高窑具的热稳定性，便于生产中控制烧成过程，多选用合成堇青石和合成莫来石作原料。在成型工艺上，由于注浆成型可采用高压注浆成型、机压成型。考虑到烧成过程中窑车或辊棒的振动会引起窑具的形状有变形，抗折强度下降，使窑具特别是棚板的使用效果明显降低，窑具一般不在辊道窑和隧道窑中烧成，而多在梭式窑中烧成，烧成温度一般为1380℃。采用台成原料来生产莫来石一堇青石窑具工艺简单、产品性