抗热震陶瓷制备技术及应用研究

论文摘要

本课题针对普通陶瓷热电偶保护管耐急冷急热性差,很容易断裂这一问题,对氧化铝陶瓷进行了改进,以提高氧化铝陶瓷的抗热震性。在实验过程中采用以Al2O3为基的纳米陶瓷粉料,再分别加入适量的堇青石、钛酸铝和锂霞石等粉料。通过混料、成型、排塑、烧结等工艺制备出Al2O3基纳米复相陶瓷。成型工艺采用干压成型和冷等静压成型技术,烧结工艺为无压烧结。通过实验确定了制备Al2O3—堇青石复相陶瓷、Al2O3—钛酸铝复相陶瓷和Al2O3—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺,以及合成堇青石和锂霞石的最佳合成工艺。从XRD检测结果可以看出,合成堇青石的最佳工艺为:最高合成温度为1400℃,保温2h,降温速度为0.8℃/min;合成锂霞石的最佳工艺为:最高合成温度为1310℃,保温2h,降温速度为0.8℃/min。采用SEM对陶瓷进行组织结构分析,发现氧化铝—堇青石复相陶瓷中形成长柱状颗粒,互相连接的长柱状颗粒能较好地抵抗由于热震引起的裂纹的扩展,使材料的抗热震性能大大改善;在Al2O3—钛酸铝复相陶瓷中,存在大量的强化相颗粒,这些强化相颗粒镶嵌在基体上,可以阻止裂纹的扩展,有效的缓解了热应力,因此提高了材料的抗热震性。结果表明:堇青石加入量w（堇青石）=10%,烧结温度为1520℃时,陶瓷样品能够承受1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al2O3—堇青石复相陶瓷的最佳工艺;钛酸铝加入量w（钛酸铝）=20%,烧结温度为1510℃时,陶瓷样品能够承受1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al2O3—钛酸铝复相陶瓷的最佳工艺;锂霞石加入量w（锂霞石）=20%,烧结温度为1500℃时,陶瓷样品能够承受钢水中1500℃温差（空冷）的热震破坏,并且是制备Al2O3—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 陶瓷性能特点
• 1.1.1 力学性能
• 1.1.2 热学性能
• 1.1.3 陶瓷的脆性问题
• 1.1.4 陶瓷增韧技术
• 1.2 抗热震陶瓷材料
• 1.2.1 陶瓷材料抗热震性的理论研究
• 1.2.2 陶瓷材料抗热震性的机理研究
• 1.2.3 提高陶瓷抗热震性的主要措施
• 1.2.4 抗热震陶瓷的力学性能检测方法
• 1.2.5 抗热震陶瓷的热学性能检测方法
• 1.3 抗热震陶瓷在热电偶保护管中的应用
• 1.3.1 热电偶保护管的作用
• 1.3.2 对热电偶保护管的要求
• 1.3.3 热电偶保护管材质的现状
• 1.3.4 热电偶保护管目前存在的问题
• 1.4 本课题的选题背景、内容、技术难点、创新点、意义及前景展望
• 1.4.1 本课题的选题背景
• 1.4.2 课题研究过程具体内容
• 1.4.3 本课题主要技术难点、创新点及意义
• 1.4.4 前景展望
• 第二章 抗热震陶瓷材料的制备
• 2.1 成分设计思路及设计方案
• 2.1.1 成分设计思路
• 2.1.2 成分设计方案
• 2.1.3 原料选择
• 2.2 纳米粉体分散技术
• 2.2.1 纳米粉体分散的概念及方法
• 2.2.2 分散剂的选择
• 2.2.3 PVB的配制
• 2.2.4 分散工艺研究
• 2.3 成型粉体的制备及实验设备
• 2.3.1 混料
• 2.3.2 烘干
• 2.3.3 成型
• 2.4 烧结
• 2.4.1 烧结机理
• 2.4.2 无压烧结可行性分析
• 2.4.3 氧化铝基纳米复相陶瓷烧结设备与工艺
• 2.4.4 烧结温度设置方案
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 相对密度测试
• 2.5.2 收缩率测试
• 2.5.3 抗热震性测试
• 2.6 相组成及显微组织的性能检测
• 2.6.1 相组成分析
• 2.6.2 微观组织检测
• 第三章 实验结果与讨论
• 2O₃—堇青石纳米复合陶瓷研究'>3.1 常压烧结Al₂O₃—堇青石纳米复合陶瓷研究
• 3.1.1 合成堇青石工艺及实验结果
• 3.1.2 堇青石添加量对陶瓷相对密度的影响
• 3.1.3 烧结温度对陶瓷相对密度的影响
• 3.1.4 烧结气氛对性能的影响
• 3.1.5 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析
• 2O₃—堇青石复相陶瓷的最佳工艺及制品'>3.1.6 制备Al₂O₃—堇青石复相陶瓷的最佳工艺及制品
• 2O₃—钛酸铝纳米复合陶瓷研究'>3.2 常压烧结Al₂O₃—钛酸铝纳米复合陶瓷研究
• 3.2.1 钛酸铝添加量对陶瓷相对密度的影响
• 3.2.2 烧结温度对陶瓷相对密度的影响
• 2O₃·TiO₂）的晶体结构对相对密度的影响'>3.2.3 钛酸铝（Al₂O₃·TiO₂）的晶体结构对相对密度的影响
• 3.2.4 陶瓷相对密度与陶瓷抗热震性的关系
• 3.2.5 钛酸铝含量及烧结温度对复合陶瓷线收缩率的影响
• 3.2.6 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析
• 2O₃—钛酸铝复相陶瓷的最佳工艺'>3.2.7 制备Al₂O₃—钛酸铝复相陶瓷的最佳工艺
• 2O₃—锂霞石纳米复合陶瓷研究'>3.3 常压烧结Al₂O₃—锂霞石纳米复合陶瓷研究
• 3.3.1 合成锂霞石工艺及实验结果
• 3.3.2 钾霞石添加量对陶瓷相对密度的影响
• 3.3.3 烧结温度对陶瓷相对密度的影响
• 3.3.4 抗热震性能测试及提高抗热震性原因的理论分析
• 2O₃—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺'>3.3.5 制备Al₂O₃—锂霞石复相陶瓷的最佳工艺
• 第四章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢