莫来石晶须工业化制备技术及应用的研究

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1、山东大学硕士学位论文莫来石晶须工业化制备技术及应用的研究摘要莫来石(3A1203"2S102)是A1203--Si02系中唯一稳定的化合物，具有抗蠕变、抗热震、抗腐蚀性能好，熔点、剪切模量高，介电常数及介质损耗低等优异的性能。莫来石晶须不但具有莫来石质材料的性能，而且作为长径比大的完整单晶体具有更加优良的力学性能，是一种优异的陶瓷基复合材料和金属基复合材料增韧补强剂。本课题研究了以工业纯硅溶胶、铝溶胶为原料，以氟化铝为晶须生长促进剂，采用溶胶一凝胶技术制备莫来石晶须的工艺条件，分析了配方组成、溶胶一凝胶工艺参数、晶须生长

2、促进剂加入量、烧成制度等对晶须形貌和晶相组成的影响，制备了直径为2---．5um，长径比为20--一30的莫来石晶须。莫来石晶须的制备工艺研究结果表明，当氧化铝和氧化硅摩尔比为6：5，混合粉料细度保持在60"--200目，氟化铝与硅铝干凝胶的质量比为4：10，烧成温度1450℃保温5h时，可以得到形貌好、长径比高的莫来石晶须。XRD、SEM、EPMA等分析结果表明：晶须的主晶相为莫来石相；晶须呈长柱状结构，截面为多边形，直径为2"--"51,tm，长径比为20～30；试样主要元素为触、Si、o且AI：Si：O～,-．6：

3、2：13即近似为莫来石舢、Si、O元素的摩尔比。莫来石晶须可以采用工业纯原料在工业化生产条件下进行生产。通过研究莫来石晶须工业化生产工艺参数，得出结论：使用比例为1：3的盐酸和柠檬酸混合调节溶胶的pH值可以在工业化条件下制备出性能优异的莫来石晶须；采用自来水稀释溶胶比较适合工业化生产；在隧道窑烧成试样时，混合粉末应疏松填入氧化铝坩锅内以得到形貌较好的莫来石晶须：采用球磨2h左右破碎烧结试样是较好的后处理方法。莫来石晶须引入钛酸铝陶瓷中可以明显提高钛酸铝陶瓷的机械强度，抑制钛酸铝的高温分解，同时保证钛酸铝陶瓷低的热膨胀系数

4、。莫来石晶须含量为7％时，复合材料的弯曲强度最高，达到86．2MPa，比基体材料提高了100％。利用莫来石晶须与铝金属有良好的润湿性特点，将其作为铝基复合材料的增山东大学硕士学位论文强相，可以制备出成本低、性能优异的莫来石晶须增强铝基复合材料。5％莫来石晶须可使铝合金BHl35的拉伸强度提高24％，弹性模量提高34．O％。关键词：莫来石晶须；工业化；溶胶凝胶方法；莫来石晶须增强复合材料II山东大学硕士学位论文Studyontheindustrializedpreparationandapplicationofmullit

5、ewhiskersABSTRACTMullite(3A1203。2S102)istheonlystablecompoundofA1203--Si02wimmanyexcellentperformancessuchashighcreepresistance,excellentthermalshockresistanceandcorrosionresistance，highmeltingpoint，highshearmodulus，lowdielectricconstantanddielectricloss．Mullitew

6、hiskershavenotonlyexcellentperformancesofmullitebutalsogoodmechanicalpropertiesasaintegritysinglecrystalwitllthehighaspectratio．Anditisasuperiorreinforcementofceramicmatrixcompositesandmetalmatrixcompositesmaterials．Thispaperstudiedtheprocessingconditionsofthepre

7、parationofmullitewhiskersbySol—Gelprocess．IndustrialSi-solandA1-solwereusedasrawmaterials，andaluminumfluorideWasusedaswhiskergrowth-promotingagent．Theeffectsofthealuminaandsiliconoxidemolarratio，Sol—Gelprocessparameters，theamountofwhiskergrowth-promotingagent，sin

8、teringprocessingwerestudied．Mullitewhiskerswiththediameterof2to5Ⅲ[11andtheaspectratioof20—30wereprepared．Whenaluminaandsiliconoxidemolarratiois5：￡mixedpowderfi