輕質(zhì)高強(qiáng)釔硅氧多孔陶瓷的可控制備、微觀結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、多孔陶瓷具有孔隙率高、比強(qiáng)度高、密度低和熱導(dǎo)率低的優(yōu)點(diǎn)，其重要應(yīng)用之一是作為高溫絕熱材料。但是，目前常見的多孔陶瓷絕熱材料(SiO2、 Al2O3、YSZ和莫來石多孔陶瓷等)存在一些不足之處，比如:SiO2多孔陶瓷的強(qiáng)度較低而且工作極限溫度低、Al2O3多孔陶瓷的熱導(dǎo)率較高、YSZ多孔陶瓷的燒結(jié)收縮率很大而且密度較高，以及莫來石多孔陶瓷強(qiáng)度較低等。所以，研發(fā)綜合性能更加優(yōu)良的新型多孔陶瓷是未來的趨勢。本工作選取熔點(diǎn)高、熱導(dǎo)率極低且高溫?zé)?/p>

2、學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性好的γ-Y2Si2O7和X2-Y2SiO5作為新型多孔陶瓷的基體材料，通過有機(jī)泡沫浸漬法和原位反應(yīng)發(fā)泡-注凝法制備樣品并詳細(xì)表征其微觀結(jié)構(gòu)，深入研究所制備樣品的微觀結(jié)構(gòu)與性能（壓縮強(qiáng)度和熱導(dǎo)率）間的關(guān)系及其高溫性能。
　　首次制備出γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。以Y2SiO5粉末和硅溶膠為原料，采用有機(jī)泡沫浸漬法結(jié)合反應(yīng)燒結(jié)過程成功制備了高孔隙率和純相的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。制備的材料是白色開孔的網(wǎng)眼狀多孔陶瓷，

3、孔尺寸分布為200～700μm，孔道相互連通且孔筋分布均勻。增加涂覆漿料次數(shù)可顯著提高樣品的性能。另外，由PEI預(yù)處理海綿模板得到樣品的性能最佳，如高孔隙率(84.5％)、相對較高的壓縮強(qiáng)度(1.28MPa)和低密度(0.62 g/cm3)。
　　以Y2O3和SiO2粉末為原料，N-羥甲基丙烯酰胺為單體，通過原位反應(yīng)發(fā)泡-注凝法制備出具有獨(dú)特多級孔結(jié)構(gòu)的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷，包括70～250μm的球形大孔和骨架上0.1～1.

4、5μm的小孔。多級孔結(jié)構(gòu)中小孔的形成機(jī)制主要來自于原位反應(yīng)燒結(jié)過程，而且該結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性極佳，可維持到1700℃。此外，改進(jìn)制備工藝—使用無毒環(huán)保的明膠作為凝膠劑，通過原位反應(yīng)發(fā)泡-注凝法合成出高性能的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。樣品具有優(yōu)異的力學(xué)和熱學(xué)性能，當(dāng)孔隙率為64.3～89.3％時(shí)，樣品的壓縮強(qiáng)度可達(dá)46.5～3.4 MPa;對于孔隙率為57.2～90.0％的樣品，室溫?zé)釋?dǎo)率為0.918～0.147 W/(m·K)。γ-Y2S

5、i2O7多孔陶瓷還具有優(yōu)良的高溫性能，包括良好的高溫強(qiáng)度和較低的熱循環(huán)燒結(jié)收縮率。所制備的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷具有輕質(zhì)、高孔隙率、高強(qiáng)度、低熱導(dǎo)率和熱穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。
　　采用發(fā)泡-注凝工藝，通過研究制備途徑（原位反應(yīng)燒結(jié)和直接燒結(jié)法）和燒結(jié)溫度對樣品結(jié)構(gòu)與性能的影響，發(fā)現(xiàn)了目前Y2SiO5多孔陶瓷相關(guān)研究工作中存在較大燒結(jié)收縮率的原因:所使用的原料為精細(xì)的Y2SiO5粉末，其燒結(jié)活性較高;另外漿料的固含量較低。隨后提出了解

6、決辦法:以Y2O3和SiO2粉末為原料，使用高固含量的漿料并通過原位反應(yīng)發(fā)泡-注凝法來制備Y2SiO5多孔陶瓷。獲得的Y2SiO5多孔陶瓷擁有優(yōu)良的綜合性能，如1.0～4.7％的低收縮率、0.79～0.88g/cm3的低密度、82.1～80.1％的高孔隙率和3.54～6.90 MPa的高強(qiáng)度(燒結(jié)溫度1350～1550℃)。另外，樣品還具有較低的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的高溫相穩(wěn)定性和較高的熱穩(wěn)定性。
　　采用無毒的明膠為凝膠劑，經(jīng)原位反應(yīng)發(fā)

7、泡-注凝法制備出高性能的Y2SiO5多孔陶瓷，并研究了材料的結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度和熱導(dǎo)率之間的關(guān)系以及其高溫性能。樣品具有獨(dú)特的多級孔結(jié)構(gòu)和相互連通的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。Y2SiO5多孔陶瓷具有優(yōu)異綜合性能，如高孔隙率(60.2～87.1％)、線收縮率小(6.3～4.5％)、體密度低(1.74～0.52 g/cm3)和壓縮強(qiáng)度高(38.2～0.90 MPa)。樣品還有極低的熱導(dǎo)率，室溫下的熱導(dǎo)率僅有0.513～0.119 W/(m·K)（孔隙率:60.