單相膠莫來石化反應(yīng)機理的研究.pdf

1、莫來石因其具有優(yōu)異的高溫力學性能、耐高溫沖擊性、低的熱膨脹系數(shù)和化學穩(wěn)定性，在傳統(tǒng)的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷中被廣泛的應(yīng)用，而其較低的介電常數(shù)和優(yōu)良的中紅外透波性能，又使其具有發(fā)展成為功能陶瓷的潛能。本文采用溶膠-凝膠法成功合成了第一類莫來石前驅(qū)體粉，利用熱力學理論與動力學軟件研究了單相膠莫來石化固相反應(yīng)的反應(yīng)機理，并得到了反應(yīng)速率方程，為科學研究和實際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
　　本文以正硅酸乙酯、九水硝酸鋁和無水乙醇為原料，采用溶膠-凝膠法合

2、成了第一類莫來石前驅(qū)體粉，并用同步熱分析、X射線衍射和掃描電鏡進行了驗證。從以上測試手段的分析可知，溶膠-凝膠法制備的第一類莫來石前驅(qū)體粉在985℃左右得到的莫來石是一種假四方相結(jié)構(gòu)的富鋁莫來石，隨著熱處理溫度的升高，逐漸向組成為3Al2O3·2SiO2結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的正交相莫來石轉(zhuǎn)變。為了揭開單相膠莫來石化的反應(yīng)機理，本文設(shè)想假四方相莫來石的化學組成為2Al2O3·SiO2（Al2O3含量約為67mol％），首次從熱力學角度上說明了它的合理

3、性，并給出了假四方相莫來石相關(guān)的熱力學數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：非晶態(tài)SiO2與非晶態(tài)Al2O3在固相反應(yīng)點，先生成假四方相莫來石的傾向程度確實比正交相莫來石要大，并得到單相膠莫來石化的熱力學過程：
　　溶膠-凝膠→單相膠約958℃→假四方相莫來石+富Si相隨著溫度升高→正交相莫來石
　　研究了樣品粒徑與樣品質(zhì)量對熱分析曲線的影響規(guī)律。本文借助動力學軟件并采用優(yōu)化過的熱分析實驗條件對單相膠進行了動力學分析。研究結(jié)果表明，單相膠莫來石化

4、最可能動力學模型為A1→B2→C，第一步反應(yīng)類型為An，動力學機理函數(shù)為 f(a)=n(1-a)[-ln(1-a)]n-1/n，活化能E為982KJ/mol，n為4.38；第二步反應(yīng)類型為D3，動力學機理函數(shù)為f(a)=3/2(1-a)2/3[1-(1-a)1/3]-1，活化能E為998KJ/mol。并利用動力學軟件中動態(tài)反應(yīng)預測模塊對比了實際測量曲線與所選模型曲線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)動力學軟件得到的單相膠固相反應(yīng)機理的“動力學三因子”是可信