亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        氟鋯酸鉀加入量對粉煤灰基堇青石陶瓷性能的影響

        2022-12-21 07:03:44李嘉怡劉陽橋常啟兵顧雅潔孫盛睿常星嵐
        耐火材料 2022年6期

        李嘉怡 劉陽橋 常啟兵 顧雅潔 孫盛睿 孫 科 常星嵐 奚 爽

        1)景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 江西景德鎮(zhèn) 333403

        2)中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所 上海 200050

        3)浙江天地環(huán)保科技股份有限公司 浙江杭州 311199

        粉煤灰是燃煤電廠產(chǎn)生的大宗固體廢棄物,大多采用填埋方式進(jìn)行處理,這造成了大量的土地資源浪費(fèi)并帶來潛在的環(huán)境問題[1-2]。堇青石具有耐高溫性、低熱膨脹系數(shù)和良好的抗熱震性,成為太陽能儲熱和催化劑載體等領(lǐng)域的關(guān)鍵性材料[3-4]。近年來,以粉煤灰為原料制備粉煤灰基堇青石陶瓷逐漸成為研究熱點(diǎn)[5],這是實(shí)現(xiàn)粉煤灰高值化利用的重要途徑。

        采用礦物原料以固相反應(yīng)燒結(jié)合成堇青石的生產(chǎn)成本低且工藝簡單,但是存在組分難控制、燒結(jié)溫度范圍窄等問題,不利于堇青石相的生成,導(dǎo)致材料熱學(xué)及力學(xué)性能較差。為此,需要引入燒結(jié)助劑,降低煅燒溫度、熱膨脹系數(shù),提高強(qiáng)度。何宜柱等[6]、李萍等[7]提出,引入5% ~10%(w)鋰輝石能促進(jìn)針狀莫來石的生成,起到短纖維增韌的效果,同時(shí)也能促進(jìn)制品的致密化,提高材料強(qiáng)度。Oliveira等[8]引入2.5%(w)硫酸鋯可提升1 300℃燒后試樣的耐壓強(qiáng)度,但熱膨脹系數(shù)沒有降低。Rocher等[9]和Shennawi等[10]研究發(fā)現(xiàn):以AlF3、MgF2等氟化物作為添加劑,可以在陶瓷燒結(jié)過程中降低液相黏度,促進(jìn)鎂鋁尖晶石發(fā)育并提高其向堇青石的轉(zhuǎn)化效率。

        在本工作中,選用氟鋯酸鉀作為添加劑,一方面是由于氟鋯酸鉀可以在較低的溫度(700~900℃)分解產(chǎn)生的HF氣體與Al2O3、MgO及SiO2反應(yīng),原位合成氟化物;另一方面可以引入Zr4+以獲得相變增韌。重點(diǎn)研究了氟鋯酸鉀加入量對粉煤灰基堇青石陶瓷的物相轉(zhuǎn)變以及對材料燒結(jié)密度、熱膨脹系數(shù)、力學(xué)性能等的影響。

        1 試驗(yàn)

        1.1 原料

        試驗(yàn)采用的原料有國內(nèi)某電廠的粉煤灰(d50=4.03μm)、滑石(粒度≤2.6μm)、α-氧化鋁(粒度≤5μm)、市售納米氧化鎂(粒度≤0.1μm),燒結(jié)助劑為氟鋯酸鉀,原料預(yù)處理試劑為化學(xué)純鹽酸、分析純乙二醇及三乙醇胺,以及去離子水。主要原料的化學(xué)組成如表1所示。

        表1 主要原料的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of main raw materials

        1.2 試樣制備

        首先配制0.1%(w)的乙二醇/三乙醇胺混合溶液(二者質(zhì)量比為1∶1)作為分散劑與粉煤灰混合(液固質(zhì)量比為4∶3),并以500 r·min-1球磨1 h。隨后配制質(zhì)量濃度為200 g·L-1的稀鹽酸,在80℃下與球磨后的粉煤灰攪拌反應(yīng)2 h以去除雜質(zhì),最后經(jīng)水洗并在120℃的烘箱內(nèi)烘干。處理后粉煤灰的d50=4.03μm。預(yù)處理前后粉煤灰的化學(xué)組成見表2。

        表2 粉煤灰預(yù)處理前后的化學(xué)組成Table 2 Chemical composition of fly ash before and after pretreatment

        根據(jù)堇青石理論組成,以粉煤灰質(zhì)量為生成堇青石質(zhì)量的50%為基礎(chǔ),將上述處理后的粉煤灰、滑石、氧化鋁、氧化鎂按照質(zhì)量比17.94∶12.76∶5.89∶1混合配料。在上述粉體中,添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、0.5%、1%和1.5%的氟鋯酸鉀為燒結(jié)助劑,并分別標(biāo)記為K、0.5FJ、1FJ和1.5FJ?;旌戏哿锨蚰?0 min后經(jīng)120℃烘干得到混合料。采用壓片機(jī)在20 MPa的壓力下將混合料壓制成20 mm×18 mm×18 mm的方塊,并將方塊以200 MPa冷等靜壓制得素坯。將素坯分別在1 100、1 150、1 166、1 175、1 200、1 250、1 300、1 350℃保溫2 h獲得燒結(jié)陶瓷試樣。

        1.3 性能表征

        記錄試樣煅燒前后沿壓力方向的尺寸。將素坯尺寸記為l0,將燒成試樣尺寸記為l1,根據(jù)公式(1)計(jì)算試樣的線變化率:

        采用掃描電子顯微鏡觀測經(jīng)1 300℃燒后試樣的微觀形貌;采用X射線衍射儀對經(jīng)1 100、1 150、1 166、1 175、1 200、1 250、1 300、1 350℃燒后試樣的物相進(jìn)行分析;采用熱膨脹分析儀測定經(jīng)1 300℃燒后試樣的熱膨脹系數(shù);按GB/T 2997—2015測定經(jīng)1 200、1 250、1 300、1 350℃燒后試樣的顯氣孔率和體積密度;按GB/T 3810.3—2016測定經(jīng)1 200、1 250、1 300、1 350℃燒后試樣的吸水率;按GB/T 5072—2008測定經(jīng)1 300℃燒后試樣的常溫耐壓強(qiáng)度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 物相組成

        試樣K素坯的XRD圖譜見圖1??梢钥闯觯涸嚇又泻写罅炕脱趸X相,方鎂石較少。

        圖1 試樣K素坯的XRD圖譜Fig.1 XRD pattern of green body of sample K

        圖2示出了在1 100~1 175℃燒后試樣K的XRD圖譜??梢钥闯觯涸? 100℃時(shí),試樣K的主晶相為莫來石,滑石相的衍射峰強(qiáng)度降低,有頑火輝石和石英;隨著溫度升高,鎂鋁尖晶石相增多,頑火輝石、石英與莫來石反應(yīng),逐步合成堇青石;到1 175℃已經(jīng)可以看到較清晰的堇青石衍射峰。

        圖2 不同溫度燒后試樣K的XRD圖譜Fig.2 XRD patterns of sample K calcined at different temperatures

        各試樣經(jīng)1 200~1 350℃燒后的XRD圖譜如圖3所示。可以看出:在1 200℃時(shí),通過氟鋯酸鉀引入的Zr4+和配方中的Si4+結(jié)合生成鋯英石相,隨著引入量的提高,鋯英石的含量也相應(yīng)增多,此外還含有莫來石相和鎂鋁尖晶石相;該溫度下試樣0.5FJ中的鎂鋁尖晶石相略多于試樣K的。在1 250℃時(shí),試樣K中繼續(xù)生成鎂鋁尖晶石相,低溫非晶質(zhì)石英轉(zhuǎn)變?yōu)榉绞?;在含氟鋯酸鉀的試樣中,鎂鋁尖晶石相含量大幅提高,同時(shí)鋯英石相也相應(yīng)增加。在1 300℃時(shí),在含氟鋯酸鉀的試樣中,大部分鎂鋁尖晶石相均已轉(zhuǎn)化為堇青石相,同時(shí)還生成了硅酸鎂相,并且其含量隨著氟鋯酸鉀引入量的增加而提高。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到1 350℃時(shí),試樣K中莫來石相基本轉(zhuǎn)變?yōu)檩狼嗍啵S嗟碾s質(zhì)相為鎂鋁尖晶石相;添加燒結(jié)助劑氟鋯酸鉀的試樣中鎂鋁尖晶石相向堇青石相轉(zhuǎn)變較充分。

        圖3 各試樣經(jīng)不同溫度燒后的XRD圖譜Fig.3 XRD patterns of samples calcined at different temperatures

        由1 200~1 350℃時(shí)試樣物相演變過程可知,氟鋯酸鉀的引入可以降低堇青石的生成溫度。通過在低溫時(shí)首先生成鋯英石,以促進(jìn)鎂鋁尖晶石發(fā)育,部分鎂鋁尖晶石在溫度升高的過程中逐漸轉(zhuǎn)化為堇青石。鋯英石在高溫下與剩余鎂鋁尖晶石反應(yīng)生成堇青石,鋯英石還具有抑制莫來石生成的作用,并可促進(jìn)堇青石的發(fā)育。

        2.2 物理性能

        不同試樣經(jīng)不同溫度燒后的常溫性能見圖4。從圖4(a)可以看出:1 200℃時(shí),空白試樣K的線收縮率為-0.33%,發(fā)生膨脹現(xiàn)象;在1 250℃時(shí),試樣1.5FJ的收縮率最大;隨著溫度升高,含添加劑試樣的收縮率逐漸減小。此外,在相同的煅燒溫度下,氟鋯酸鉀的添加量越高,試樣收縮率越大。從不同試樣經(jīng)不同溫度燒后的體積密度(見圖4(b))看出,除1 300℃以外,在相同的煅燒溫度下,氟鋯酸鉀的添加量越高,試樣體積密度越高,說明引入氟鋯酸鉀可以促進(jìn)試樣的致密化。從圖4(c)、(d)可以看出:空白試樣K的顯氣孔率和吸水率最高。在1 250、1 300℃時(shí),隨著氟鋯酸鉀引入量的提高,試樣的顯氣孔率和吸水率降低;升溫到1 300℃的過程中方石英被消耗,部分生成硅酸鎂相,且鋯英石的存在起到了相變增韌的作用;煅燒溫度進(jìn)一步提高,試樣0.5FJ中大部分雜相已轉(zhuǎn)化為堇青石相,到1 350℃時(shí)試樣0.5FJ的顯氣孔率和吸水率進(jìn)一步降低。

        圖4 不同試樣經(jīng)不同溫度燒后的常溫性能Fig.4 Cold properties of samples calcined at different temperatures

        在室溫到800℃范圍內(nèi),1 300℃燒后試樣K和試樣0.5FJ的平均熱膨脹系數(shù)如圖5所示。可以看出:引入氟鋯酸鉀的試樣0.5FJ的平均熱膨脹系數(shù)由空白試樣K 的3.12×10-6℃-1降低至2.48×10-6℃-1,說明添加劑有利于提高堇青石的熱學(xué)性能。兩種試樣的耐壓強(qiáng)度測試表明,引入氟鋯酸鉀后,試樣的耐壓強(qiáng)度從342 MPa提高到511 MPa,力學(xué)性能增加了49.42%。

        圖5 經(jīng)1 300℃燒后試樣K、試樣0.5FJ在室溫到800℃的熱膨脹系數(shù)Fig.5 Thermal expansion coefficient from room temperature to 800℃of sample K and sample 0.5FJ calcined at 1 300℃

        2.3 微觀形貌

        1 300℃燒后各試樣的SEM照片見圖6??梢钥闯觯涸嚇覭的孔隙較多;隨著氟鋯酸鉀加入量的增大,孔隙逐漸減少,表面較平整,說明試樣密度較高。

        圖6 經(jīng)1 300℃燒后試樣的SEM照片F(xiàn)ig.6 SEM images of samples calcined at 1 300℃

        經(jīng)1 300℃燒后試樣K的SEM照片如圖7所示。從圖7看出:試樣K表面平整。區(qū)域1的EDS分析結(jié)果(w)為:MgO 16.18%,Al2O336.60%,SiO247.22%。分析認(rèn)為,晶粒生長方向有序的區(qū)域1的元素比例接近堇青石相。區(qū)域2的EDS分析結(jié)果(w)為:MgO 25.58%,Al2O356.77%,SiO213.18%,F(xiàn)e2O34.47%。晶粒生長方向無序的區(qū)域2中Si含量極低,Mg、Al含量較高,可能為鎂鋁尖晶石相。此外,區(qū)域2的Fe含量較高。Geiger等[11]研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)e3+會置換出堇青石中的Al3+,可能會導(dǎo)致Mg2+、Al3+的富集,不利于堇青石相的生成。

        圖7 經(jīng)1 300℃燒后試樣K的SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM image of sample K calcined at 1 300℃

        經(jīng)1 300℃燒后試樣0.5FJ的SEM照片如圖8所示。區(qū)域3的EDS分析結(jié)果(w)為:MgO 4.57%,Al2O34.87%,SiO240.59%,ZrO249.97%。EDS分析表明:在該試樣中,大部分沿晶界斷裂處(如區(qū)域3)元素成分接近鋯英石相,說明鋯英石相會造成堇青石晶胞的結(jié)構(gòu)缺陷。區(qū)域4處為層疊狀形貌,可能是煅燒完成后的降溫過程中由液相冷卻形成的。該區(qū)域元素經(jīng)EDS分析(w)為:MgO 35.16%,Al2O39.64%,SiO254.62%,F(xiàn)e2O30.58%。推測為高溫煅燒過程中熔融的石英與氧化鎂反應(yīng)生成的硅酸鎂相。

        圖8 經(jīng)1 300℃燒后試樣0.5FJ的SEM照片F(xiàn)ig.8 SEM image of sample 0.5FJ calcined at 1 300℃

        3 結(jié)論

        (1)在堇青石陶瓷中引入氟鋯酸鉀可以提高試樣的體積密度,引入量(w)為0.5%且燒成溫度為1 300℃時(shí),試樣的體積密度由無添加劑時(shí)的1.82 g·cm-3提高至2.02 g·cm-3。

        (2)在堇青石陶瓷中引入氟鋯酸鉀可以提高試樣的力學(xué)性能,引入量(w)為0.5%且燒成溫度為1 300℃時(shí),試樣的耐壓強(qiáng)度提高49.42%,達(dá)到511 MPa。

        (3)在堇青石陶瓷中引入氟鋯酸鉀可以在煅燒過程中促進(jìn)晶型轉(zhuǎn)化,生成鋯英石以抑制莫來石相并消耗鎂鋁尖晶石相,減少試樣中高熱膨脹系數(shù)物相存在。引入量(w)僅為0.5%且燒成溫度為1 300℃時(shí),在室溫到800℃的平均熱膨脹系數(shù)為2.48×10-6℃-1,比相同溫度下的空白試樣K的熱膨脹系數(shù)降低20.51%。

        一本色道久久88综合| 国产裸体AV久无码无遮挡| 麻豆国产VA免费精品高清在线| 网红尤物泛滥白浆正在播放| 国产精品亚洲一级av第二区| 亚洲无码毛片免费视频在线观看| 亚洲国产精品成人一区| 亚洲一区二区精品在线| 亚洲中文字幕人妻av在线| 国产精品无码一区二区在线观一 | 亚洲av成人片色在线观看高潮| 色综合视频一区中文字幕| 精品国产三级a∨在线观看| 狠狠久久精品中文字幕无码| 久久精品国产久精国产69| 成人爽a毛片在线播放| 妺妺窝人体色www看人体| 熟妇高潮一区二区三区| 国产黑丝在线| 91精品在线免费| 日本一区二区在线播放| 精品人妻久久一区二区三区| 大ji巴好深好爽又大又粗视频| 真人作爱免费视频| 在线观看免费人成视频| 中文字幕国内一区二区| 国产一区二区av在线免费观看| 亚洲狠狠婷婷综合久久久久| 性高湖久久久久久久久| 伊伊人成亚洲综合人网7777| 亚洲男人堂色偷偷一区| 亚洲国产精品成人一区| 香蕉成人伊视频在线观看| 亚洲码国产精品高潮在线| 亚洲国产午夜精品乱码| 激情网色图区蜜桃av| 精品国产亚洲av高清大片| 午夜性无码专区| 国产成人乱色伦区小说| 少妇特殊按摩高潮不断| 国产熟女白浆精品视频二|