利用石英砂合成堇青石陶瓷的相变及性能

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100162硕士学位论文（学生类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：材料科学与工程论文题目：利用石英砂合成堇青石陶瓷的相变及性能英文题目：Phasetransformationandpropertiesforsynthesisofcordieriteceramicusingquartz-sands学生姓名：曹振导师姓名：史志铭教授导师姓名：材料科学与工程指导教师：史志铭教授二○一八年六月原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过

2、的研究成果，也不包含为获得内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2018.06.12日期：2018.06.12学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古工业大学有权将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。为保护学校和导师的知识产权，作者毕业后涉及该学位论文的主要内容或研究成果用于发表学术论

3、文须征得内蒙古工业大学就读期间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工业大学方可投稿或公开发表。本学位论文属于保密□，在四年解密后适用本授权书。不保密（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2018.06.12日期：2018.06.12内蒙古工业大学硕士学位论文摘要我国作为陶瓷生产大国，消耗了大量的粘土资源，导致粘土资源储量急剧下降，同时也对环境造成了巨大的破坏。为了解决陶瓷工业发展面临的原料问题，本文提出了利用主要成分为二氧化硅的沙漠风积沙取代常见粘土原料，通过粉末烧结法合成堇青石陶瓷，并加入氧化钇、氧化钕烧结助剂改善堇青石陶瓷的微观结构与力学性能。以储量

4、丰富的沙漠风积沙为原料来制备陶瓷，对于陶瓷绿色生产、节约矿物资源和保护生态环境具有重要意义。粉末烧结法是目前最常见的陶瓷制备方法，但利用高纯原料制备堇青石陶瓷的烧结性能较差，表现为烧结温度高，堇青石含量低，成品孔隙率高。通过添加合适的烧结助剂可以改善堇青石陶瓷的烧结性能，降低烧结温度，增大瓷体致密度与机械强度。本文先对堇青石陶瓷的成分及烧结工艺进行了研究，然后研究了稀土氧化物对陶瓷相转变、微观组织、孔隙率、弯曲强度、热膨胀系数的影响。风积沙中的低熔点杂质成分在高温时易形成液相，Al3+和Mg2+的扩散速度更快，有利于提高堇青石的扩散形核速率。Y2O3的适量加入可以显著促进中间相向堇青石

5、相的转变，当Y2O3添加量为4wt%时，堇青石的形成温度最低。当在1300℃保温4小时，Y2O3含量达到6wt%时，陶瓷由α-堇青石组成，基体中只残留少量玻璃相。Y2O3的添加使得陶瓷玻璃相增加，开口孔逐渐向闭口孔转变，陶瓷致密度增加。随着Y3+2O3含量的增加，Y主要富集于液相，在堇青石晶体中的固溶度并不高，对陶瓷整体的热膨胀系数增加幅度不大。随着Y2O3含量的增加，陶瓷的弯曲强度增加，并在添加量为10wt%时达到最大值。Nd2O3作为烧结助剂，具有促进堇青石的形成作用。Nd2O3含量为6wt%时，堇青石的形成温度最低。在1300℃保温4小时，中间相几乎全部消失，堇青石的生成量最高。

6、随着Nd2O3含量的逐渐增加，陶瓷气孔逐渐减少，致密度增加。陶瓷的弯曲强度随着Nd3+含量的增加而增加，热膨胀量随Nd2O3含量的增加大致呈线性增加，但增加量不大。通过对比，发现Na2B4O7对堇青石形成的促进作用不如Y2O3大，添加Na2B4O7形成的液相烧结也不能有效地促进中间相尖晶石分解，但Na2B4O7形成液相的能力更大，对陶瓷致密度有着更好的促进作用。关键词:风积沙；堇青石；相变；性能I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractAsabigcountryinceramicproduction,alotofclayresourcesareconsumedinChina,whic

7、hleadstothesharpdeclineofclayresourcesandgreatdamagetotheenvironment.Thispaperproposesthatcordieriteceramicscanbepreparedusingdesertdriftsandswithmajorconstituentofsilicatoreplacethecommonclaymaterialsthroughpowdersinteringm