熔鹽介質(zhì)中碳材料改性及微孔輕質(zhì)材料制備的基礎研究.pdf

1、針對耐火材料工業(yè)廣泛使用的含碳材料還需要改進和提高其親水性和抗氧化能力、尋求新碳素材料替代不可再生的天然石墨、高溫過程工業(yè)節(jié)能降耗對高性能輕質(zhì)材料的需求，本文以熔鹽的物理化學特性為基礎，從材料的相組成和結(jié)構(gòu)設計出發(fā)，一方面利用熔鹽介質(zhì)在天然石墨或木材炭化后的材料上原位反應生成碳化物或氮化物，解決天然石墨與水潤濕性及抗氧化性的問題，同時為研發(fā)碳素替代材料提供新方向。另一方面利用熔鹽的特性，將熔鹽介質(zhì)作為鎂橄欖石輕質(zhì)材料制備過程中的造孔劑和

2、燒結(jié)助劑，利用熔鹽與鎂橄欖石之間化學反應活性成功制備了鎂橄欖石輕質(zhì)材料，且可有效去除雜質(zhì)氧化鐵，開發(fā)了輕質(zhì)材料制備的新方法，拓展了熔鹽的應用領域。
　　(1)以NaF-NaCl為熔鹽介質(zhì)，在氬氣保護下，1100-1400℃分別在天然石墨的表面成功地反應生成碳化硅納米線或碳化鈦層，改變了石墨原有的結(jié)構(gòu)和性能，生成的納米碳化硅或碳化鈦起到了抗氧化作用，氧化后生成的氧化物層阻止了石墨的進一步氧化。在氮氣氣氛下，1100-1400℃在石墨

3、表面生成了TiN晶須。TiN晶須以VLS的機制生長，其形貌分別有棒狀、錐狀和星型，其直徑大約500-600nm。TiN晶須的生成提高了石墨的抗氧化性能。
　　(2)在氬氣保護下，900℃在KCl-KF熔鹽介質(zhì)中合成了保留木材天然多孔結(jié)構(gòu)的TiC/C復合陶瓷，即在木材炭化的炭模板表面生成TiC層。生成的碳化鈦的晶體形貌受到鹽/鈦摩爾比和反應溫度的控制。同樣在相同氣氛和熔鹽介質(zhì)中，1250℃合成了SiC/C復合陶瓷，不僅保留了木材天然

4、多孔結(jié)構(gòu)，而且在炭模板表面以及孔隙內(nèi)部形成了直徑為10-100nm的SiC納米線。TiC/C和SiC/C復合材料是耐火材料行業(yè)潛在的替代天然石墨的候選材料。
　　(3)分別以NaCl和Na2CO3作為熔鹽介質(zhì)制備了鎂橄欖石輕質(zhì)材料，建立了輕質(zhì)材料制備過程的動力學模型。NaCl作為熔鹽時，適宜的制備溫度為1100℃，合適的熔鹽含量為40-50％。NaCl熔鹽不參與化學反應，只提供鎂橄欖石液相燒結(jié)環(huán)境，促進鎂橄欖石的燒結(jié)和晶粒的長大。