热处理对陶瓷微观结构、热性能及其力学性能的影响

《热处理对陶瓷微观结构、热性能及其力学性能的影响》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、热处理对陶瓷微观结构、热性能及其力学性能的影响张永财王艳摘要：介绍了一种用于建筑的黏土基陶瓷材料的显微结构、热性能和力学性能的实验研究结果。X射线断层扫描分析显示，挤压后的黏土具冇200pm的疏松层状结构。热处理温度达到850°C的黏土棊陶瓷在脱水、脱氢和脱碳等过程屮释放出的气体可使孔隙率达到7%(体积)。孔隙率的增加和偏高岭土的形成使导热系数下降38%。另一方面，由于形成小于200um的更小孔隙而使黏土基陶瓷的杨氏模量受到保护。温度由850°C升高到1050°C时，非晶相的致密化和晶化也使杨氏模量提高了110%。加沙的黏土基陶瓷因冷却时石英由(3相转变为a相导致杨氏模量减小。本研宂提供了一种

2、有用的见解，即在热处理过程屮，通过孔隙来改变烧制黏土砖的微观结构，从而控制热性能和力学性能。关键词.•黏土;陶瓷;孔隙率;杨氏模量;热导率;收稿日期：2017-09-04Received：2017-09-041介绍赤陶土是一种几千年的珍贵材料，可用于雕塑、陶器和建筑等领域。然而，烧制的黏土砖改变了建筑材料的这种格局。烧结黏土砖具冇优良的耐高温性能和绝缘性能。而热性能和力学性能相结合需要漫长的过程。沉淀池中提取的生黏土与沙子和水混合。塑性混合物挤压成砖。在10CTC的溫度下干燥除去水分。黏土砖需经80(Tl200°C的高温热处理。黏土砖在800°C左右进行热处理，以获得较高的热性能。另一方面，在

3、120CTC左右通过热处理可以获得具有较高力学性能的烧结黏土砖。这就意味着，用于建筑的烧制黏土砖需要同时具有热性能和力学性能，对烧制黏土砖提出了一个综合的要求。近年来，许多研宄表明了热处理温度对烧结黏土砖性能的影响。它们的热性能和力学性能之间的表观平衡与微观结构有关。在800°C左右热处理的黏土砖其孔隙率高。在这些孔隙中空气的导热系数低至0.026W*(m-K),从而获得高的热性能。最近的一项研究表明，烧制黏土砖的各向异性也提高了热性能。事实上，挤压平面上的导热是非常有限的。烧结黏土砖在墙体的热梯度方向上呈现出较高的热性能。然而，文献表明，在约800°C的热处理条件下，黏土砖的力学性能受到限制

4、。低温条件抑制了黏土矿物在热稳定相中的转变。此外，微观结构中的缺陷及孔隙的存在也抑制了力学性能。据文献报道，黏土砖约在120CTC下进行热处理后可获得较高的力学性能。烧结通过在颗粒之间形成一个颈相来促进黏土砖的岡结。烧结黏土砖的致密化提高了材料的力学性能。事实上，致密化导致在微观结构中消除了作为缺陷的孔隙。其它一些研究认为，黏土矿物转化为稳定的矿物（如莫来石），可以获得较高的力学性能。然而，文献表明，在1200°C左右，烧制黏土砖的热性能是有限的。孔隙的消除减少了烧结黏土砖中空气的比例，此外，由于热处理后各向笄性的逐渐减弱，其热性能受到限制。研宄了热处理温度下烧制黏土砖的微观结构和性能。重点是

5、研究热处理后的热性能和力学性能。0的是探讨如何在热处理过程中改变烧制黏土砖的微观结构，以控制热性能和力学性能。因此，该研宂从挤压过程后的黏土陶瓷微结构开始。实验结果表明，在热处理过程中，黏土陶瓷材料的脱水、脱羟基和脱碳对其孔隙率有一定的影响。孔隙率随热处理温度的变化而变化，黏土陶瓷热性能和力学性能与其有关。孔隙率对热性能的影响，与对使用Landauer模型固体骨架的影响是有区别的。文献中记载了固体骨架对其性能的影响。因此，本研究表明了在热处理过程屮烧结黏土砖的微观结构通过孔隙率的特殊变化来控制其热性能和力学性能。2材料和方法2.1黏土基陶瓷的生产本研究中的黏土基陶瓷由黏土、沙子和水制成。黏土在

6、黏土采石场中一次性提取，以保证其均匀性。磨细黏土，以70/30质量比例（8.4kg黏土和3.6kg沙子）制备黏土基陶瓷的混合物。每批12kg混合lOmin，加入17%水混合后压成180mmX80mmX18mm的黏土基陶瓷，将压成的黏土基陶瓷放在电子干燥箱内，经25°C、65°C和105°C干燥，在毎个温度下干燥24h。木研究的实验样品为切割干燥后的陶瓷，并经抛光处理。在不同温度下，在电炉内加热处理后对样品进行分析。2.2成分的测定用1CP-AES仪器测量黏土、沙子和黏土基陶瓷混合物的无机元素，待测材料溶解在高氯酸和氢氟酸中，加热到80°C再混合30min，在分析之前将溶液稀释10倍。所获得的无

7、机元素的浓度见表1。铝和硅氧化物是黏土矿物的主要氧化物，苏它氧化物包括钙、镁和铁氧化物。氧化物的分布在共同矿物组成的三元相图上有所展示。氧化物平衡位置为矿物转变提供了预测。下载表1黏土、沙子和黏土基陶瓷混合物中主要无机元素的氧化物分布原表在30°C、600°C,800°C,90CTC和100(TC卜以5"C•min升温速率对样品粉末进行热处理。在2()为5°〜65°范围内，每间隔0.017°用Cu