钾基地质聚合物陶瓷及其复合材料的熔盐辅助制备及其性能研究

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1、分类号:TQ1710710-2015131007硕士学位论文钾基地质聚合物陶瓷及其复合材料的熔盐辅助制备及其性能研究亢一娜导师姓名职称艾涛副教授申请学位类别硕士学科专业名称材料学论文提交日期2018年5月1日论文答辩日期2018年6月3日学位授予单位长安大学StudyonmoltensaltsassistedpreparationandPropertiesofPotassiumbasedPolymerCeramicsanditsCompositesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：Ka

2、ngYinaSupervisor：AssociateProf.AiTaoChang’anUniversity,Xi’an,China摘要由于其优异的三维氧化物网络结构，地质聚合物具有优异的力学和热学性能，但是其脆性大、可靠性差等缺点限制了地质聚合物在工业建筑等方面的应用。而利用多种增强相制备地质聚合物复合材料是解决这一问题的有效途径。另一方面，地质聚合物经高温热处理后会生成具有致密结构且力学性能更好的陶瓷材料。熔盐法是近几年来广受关注的一种制备陶瓷粉体的合成方法，其优势在于能降低合成温度，同时制备得到的材料具有特定的形貌。因此，本文中决定采用熔盐法来合成

3、钾基地质聚合物（KGP）陶瓷以及莫来石纤维毡/KGP陶瓷复合材料。本文中以偏高岭土、KOH和纳米SiO2为原料制备了KGP，并且利用莫来石纤维毡作为增强相制备了莫来石纤维毡/KGP复合材料。采用熔盐法在高温下热处理KGP及其复合材料，得到KGP陶瓷及莫来石纤维毡增强KGP陶瓷复合材料。采用X射线衍射仪、电子扫描显微镜、热膨胀分析、导热系数分析等测试手段，系统的研究了在KCl作为熔盐的条件下高温热处理对KGP及其复合材料的物相组织，显微形貌，力学性能以及热学性能的影响。为了表征熔盐法对陶瓷化的促进作用，还采用传统无熔盐烧结法制备了KGP陶瓷。熔盐陶瓷化的研

4、究表明，KCl熔盐作为液相促进剂，KGP在800℃下即可生成具有晶体结构的陶瓷材料，当Si/Al=2时，生成白榴石，当Si/Al=1时，生成钾霞石。而且随着温度的上升，陶瓷化反应加剧，直至生成发育完整的晶体，产物的力学性能大幅度提升。与传统烧结法制备的样品相比，熔盐法得到的产物结构更加致密，而且在烧结致密化的阶段表现出了最大的收缩值，抗压强度和导热系数也有明显的提升。与未经高温热处理的KGP材料相比，陶瓷化后的产物的性能有了质的提升。与钾霞石相比，白榴石的力学性能以及导热系数均较好，因此本课题组主要研究白榴石基复合材料的力学和热学性能。深入分析了熔盐法促

5、进KGP陶瓷化的机理以及白榴石生成的化学机理。莫来石纤维毡/KGP复合材料在经一定高温热处理后可直接转变为莫来石纤维毡/白榴石陶瓷复合材料。在熔盐法条件下，反应物在KCl液相促进剂作用下，能更好的生成陶瓷基复合材料。纤维毡的增韧可明显改善复合材料的弯曲性能，900℃保温8h的莫来石纤维毡/KGP复合材料，其弯曲强度可达142.3MPa。另一方面，其热学性能如热膨胀系数、导热系数也随着保温时间的增加不断变化，随着陶瓷产物的晶化加剧，纤维毡与基体之间的连接更加稳定，复合材料的热膨胀系数不断变大，而且其导热系数也呈I-1-1上升趋势，当保温时间达到8h时，其导

6、热系数能达到0.67w·m·k。关键词：地质聚合物，莫来石纤维毡，白榴石，力学性能，热学性能IIAbstractBecauseofitsexcellentthree-dimensionaloxidenetworkstructure,geopolymershaveexcellentmechanicalandthermalproperties,butthedefectssuchashighbrittlenessandpoorreliabilityhavelimitedtheapplicationofgeopolymersinindustrialbuildin

7、gsandsoon.Theuseofavarietyofreinforcingphasestofabricategeopolymercompositesisaneffectivewaytosolvethequestion.Ontheotherhand,geopolymerstransformintoceramicmaterialswithadensestructureandmoreexcellentmechanicalpropertiesafterhightemperatureheated.Moltensaltmethodisasyntheticmeth

8、odforfabricatingceramicpowderthathasattr