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粉煤灰低温烧成多孔材料及孔结构的调控机制 |
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【摘要】：气孔形貌及孔径分布对多孔材料的力学性能、保温隔热及吸声等性能具有重要影响。本文以粉煤灰为主要原料,利用Na2CO3和SiO2反应产生CO2作为发泡气体来源,采用低温发泡法制备Na2O-CaO-SiO2-B2O3-F(NCSBF)系多孔材料。首先从气体生成和逸散两个角度出发,研究了该体系多孔材料的孔隙内部气体量的调控过程;创新地提出了对气孔的形成过程进行控制,分别研究了SiC和Si颗粒对多孔材料气孔结构的调控机制。对孔隙内部气体量的研究表明:Na2CO3与SiO2反应生成Na2SiO3的表观反应活化能和指前因子分别为208kJ/mol和1.96×108min-1,配合料中失重反应的表观反应活化能和指前因子分别为86kJ/mol和6.47×103min-1,配合料内其它成分如CaO、B2O3等有助于降低Na2CO3与SiO2反应的表观反应活化能和指前因子;NCSBF系多孔材料在850℃保温条件下的气体逸散过程微弱,通过提高升温速率有助于减少物料熔融前的气体损失,即促进多孔材料的体积密度降低,当升温速率由5℃/min提高至20℃/min时,多孔材料的体积密度由0.72g/cm3降至0.66g/cm3。对SiC的作用机制研究表明:NCSBF系多孔材料熔体内SiC粒径随氧化时间而减小,当SiC加入量为3%,氧化时间为4h,SiC平均粒径由195μm减小至150.7μm,之后粒径保持不变;当SiC粒径为198μm时,气孔多分布于SiC颗粒边缘,SiC具有促进气泡形核作用,且其非均相形核数量随着颗粒粒径的减小而逐渐减弱,粒径为600目时其形核效果基本消失;SiC的加入造成气孔孔壁破坏而相互连通,促进多孔材料内部气孔聚并区域的增加,当SiC含量为5%时,此时内部气孔的聚并程度最为严重,在随机剖面中连通区域面积占剖面面积的20%。对Si颗粒的作用机制研究表明:NCSBF系熔体内Si颗粒尺寸随氧化时间的变化不显著;当Si颗粒粒径为198μm时,气孔多分布于Si颗粒边缘,Si颗粒具有促进气泡形核的效果,且其非均相形核数量随着颗粒粒径的减小而逐渐减弱,粒径为10μm时其形核效果基本消失;当Si颗粒粒径小于25μm时,随着粒径的减小多孔材料的体积密度也随之减小;Si颗粒的加入有助于提高多孔材料的孔壁致密度,但当Si颗粒的加入量达到9%时,多孔材料内部出现收缩裂缝。当Si颗粒的加入量小于9%时,随着其加入量的增加,多孔材料的体积密度不断增大,平均孔径逐渐减小,气孔的孔径分布范围缩小。
【关键词】：粉煤灰 低温烧结 多孔材料 非均相形核 气孔结构
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB383.4
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