冷凍澆鑄法制備莫來石纖維多孔陶瓷及其高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是航空航天技術(shù)的不斷進步，對高溫隔熱密封材料的要求也越來越高。高溫密封材料的密度、強度以及高溫穩(wěn)定性能都將直接制約產(chǎn)品的性能和安全。多晶莫來石纖維制備的多孔陶瓷因具有密度小、強度高、模量低、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，近來受到越來越廣泛的關(guān)注。
　　纖維多孔陶瓷材料的結(jié)構(gòu)直接制約材料的性能，如密度、氣孔率、彈性、強度、導(dǎo)熱率等。自然界中鳥巢具有很好的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其輕且穩(wěn)定，并能保溫隔熱，還具有很好的彈性。受鳥

2、巢結(jié)構(gòu)的啟示，纖維在空間良好的三維分布能夠使整個結(jié)構(gòu)具有更低的體積密度，更高的氣孔率和更低的導(dǎo)熱率。在保證結(jié)點穩(wěn)固的情況下，具有更高的強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　本文首先對冷凍澆鑄法制備纖維多孔結(jié)構(gòu)的工藝進行優(yōu)化，探討了纖維長徑比、固相含量、粘結(jié)劑的種類和用量以及燒結(jié)溫度對冷凍澆鑄法制備的多孔陶瓷的氣孔率，體積密度，熱導(dǎo)率系數(shù)以及抗壓強度的影響。采用 X射線斷層掃描(micro-CT)對材料中纖維的分布進行觀察和分析，深入比較了利用冷

3、凍澆鑄法與真空抽濾法制備的莫來石纖維多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)、纖維取向及高溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的差異。實驗結(jié)果顯示：當(dāng)纖維長徑比為25-50，固相含量為2vol％，硅溶膠用量為5wt%，燒結(jié)溫度為1400℃時，冷凍澆鑄法制備的多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能最優(yōu)（密度為0.33g/cm3,氣孔率為88.9%，熱導(dǎo)率為0.051W/(m·K)，抗壓強度為2.27MPa）；另外，當(dāng)燒結(jié)溫度為1400℃時，硅溶膠比SiO2粉更適合做高溫粘結(jié)劑。對冷凍澆注法和真空抽濾法制備

4、的纖維多孔材料的結(jié)構(gòu)和性能對比研究表明：與真空抽濾法制備的纖維傾向于二維分布的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比，冷凍澆注法制備的莫來石短纖維三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有更低的密度和更高的的強度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。本實驗以莫來石纖維為基體，利用冷凍澆鑄法制備的莫來石纖維多孔材料載荷為極限抗壓強度的70%時，溫度為1200℃的大氣環(huán)境中，結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定約7小時，而真空抽濾法制備的密度相近的同種材料，在相同環(huán)境下幾乎不能保持穩(wěn)定。密度相近時，冷凍澆注法制備的材料的抗壓強度是真