电气石精细结构及其性能研究

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1、分类号：TB34密级：公开UDC：620编号：201321801031河北工业大学硕士学位论文电气石精细结构及其性能研究论文作者：吕爱菊学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：材料物理与化学指导教师：梁金生职称：研究员DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMaterialsPhysicsandChemistryFINESTRUCTUREANDPERFORMANCEOFTOURMALINEbyLvAijuSupervisor:Prof.LiangJinsh

2、engMay2016摘要本工作对电气石粉体进行精细化，研究电气石精细颗粒的细化机制和微观结构的变化，以及电气石粉体由微米级粒径细化至近纳米级时自发极化性能和远红外辐射等性能的变化。以硝酸铈为原料并添加电气石精细颗粒，采用溶胶-凝胶法制备电气石/CeO2复合催化剂，检测其催化氧化甲烷性能，进一步研究电气石精细化对性能的影响，为精细化电气石实用化提供实验依据。研究了电气石精细化过程中微观结构的变化。随细化时间延长，电气石首先由微米级块状和短柱状颗粒迅速细化为亚微米级的薄片状颗粒，然后薄片状颗粒逐渐被细化为近圆球状。细化过程中，应力加载频率的改变影响了电气石精

3、细颗粒的尺寸，应力加载频率越大，获得的电气石颗粒越细小；应力大小的改变影响了电气石精细化速率，应力越大，粒径减小速度越快；应力作用方向的改变影响了电气石精细颗粒的微观形貌，当电气石主要受正应力作用时，精细颗粒表面凹凸不平，边缘钝化；当电气石主要受剪应力作用时，精细颗粒表面平整光滑，边缘整齐、平直，棱角分明。研究了细化过程中电气石颗粒的细化机制。在应力作用下电气石颗粒的细化过程主要表现为穿晶断裂和颗粒剥落，断裂时微裂纹的尖端应力场诱发了侧向裂纹，同时颗粒的固有缺陷处应力集中萌生裂纹，经过扩展连通为大尺寸的裂纹，然后在外界应力作用下继续扩展。研究了电气石精细

4、颗粒的自发极化性能和远红外辐射性能的变化。实验表明，电气石颗粒越精细，其自发极化性能和远红外辐射性能越强。溶胶凝胶法制备甲烷催化氧化复合催化剂时，加入质量比2%的精细化电气石可促进CeO2形核，并抑制晶粒长大和颗粒团聚，显著提高甲烷催化氧化活性。关键字：电气石；矿物材料细化；微观结构；自发极化；远红外辐射；催化活性IABSTRACTTourmalinepowderwasrefinedtoresearchtherefinementmechanismoftourmalinefineparticles,changeofmicrostructureandvari

5、ationofspontaneouspolarizationandfar-infraredradiationpropertiesoftourmaline,whentourmalineparticlesizereducedfrommicrontonearnanometer.Takingcericnitrateasthemetalprecursor,adjoiningtourmalinefineparticles,compositesoftourmaline/CeO2wereobtainedbyusingsol-gelmethod.Catalyticoxid

6、ationofmethanepropertyofcompositeswastestedtofurtherprovetheeffectoftourmalinerefinementonitsproperties,andprovideexperimentalbasisforpracticaloftourmalinefineparticles.Thechangeoftourmaline’smicrostructureduringrefinementwasresearched.Themicrostructureoftourmalinechangedfromnubb

7、yandstumpytoschistoserapidly;andthen,theparticlesshapetransformedfromschistosetospheroidalgradually.Duringtherefinement,loadingfrequencyofstressinfluencedonparticlesize.Themoreloadingfrequencyofstress,thesmallertourmalineparticlesizeswere.Stressvaluehadanobviouseffectonrefiningra

8、teoftourmalineparticles.Thelargerstressv