堇青石多孔陶瓷作为尾气催化剂载体，具有高温稳定性，低热膨胀系数，高气孔率等优点。本文采用凝胶注模法制备堇青石多孔陶瓷，在成型过程中，采用特殊工艺控制排胶过程，得到高气孔率的多孔陶瓷，并在原料中加入合适的烧结助剂，达到降低热膨胀系数的目的，最终得到性能优良的堇青石多孔陶瓷。
本文以高岭土、滑石粉和氧化铝为原料制备堇青石多孔陶瓷。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机、热膨胀仪等测试仪器对制得的堇青石多孔陶瓷进行表征分析，研究了不同有机单体、交联剂的添加量，以及不同升温速率、烧结温度、保温时间等对堇青石多孔陶瓷结构和性能的影响，在此基础上还研究了烧结助剂钛酸铝和氧化铈对堇青石陶瓷的结构和性能的影响。通过对堇青石多孔陶瓷物相、微观形貌、气孔率、抗压强度、热膨胀系数等一系列数据分析，得到了单体和交联剂添加量的最优配比，优化了堇青石多孔陶瓷的烧结工艺，选出了合适的烧结助剂，制备出优良性能的堇青石多孔陶瓷。
单体添加量逐渐增大时，烧结过程中有机物分解挥发生成气孔增多，气孔率逐渐变大，抗压强度降低，热膨胀系数降低，因此选择单体添加量为12wt％。当单体和交联剂比例在一定范围内增大时，气孔率逐渐减小，抗压强度增大，热膨胀系数降低，超过这个范围时，导致内部产生裂纹缺陷使得抗压强度下降。所以在单体添加量为12wt％，单体和交联剂比为15∶1时，制备的堇青石陶瓷的综合性能最佳，气孔率可达65.74％，抗压强度为16.48MPa，热膨胀系数为1.61×10-6℃-1。
烧结温度升高，有利于堇青石相的合成，使得堇青石相增多，结构致密化，气孔尺寸逐渐减小，气孔率逐渐降低，抗压强度则增大，热膨胀系数先降低后升高。当烧结温度在1350℃时，得到的堇青石陶瓷气孔形状规则，分布均匀，且热膨胀系数最小，综合性能较好。
当烧结温度为1350℃，随着升温速率的提高，气孔率逐渐增大，抗压强度逐渐降低，热膨胀系数先增大后减小。当以升温速率7.5℃/min，制得堇青石多孔陶瓷性能较好。
当烧结温度为1350℃，升温速率为7.5℃/min，随着保温时间增长，促进堇青石合成，气孔率降低，抗压强度增大，热膨胀系数先减小后增大。当保温3h时，堇青石多孔陶瓷性能最佳，此时，气孔率为61.12％，抗压强度为16.76MPa，热膨胀系数为1.56×10-6℃-1。
文中添加钛酸铝，可促使反应充分进行，使得堇青石陶瓷中杂相减少，堇青石相含量增多，致密度增大，气孔收缩，气孔率降低，抗压强度也在一定范围内增强，热膨胀系数降低，在钛酸铝添加量为15wt％时，物相中钛酸铝晶相增多，极易致使微裂纹产生，使得抗压强度降低，热膨胀系数也明显下降，为了满足堇青石的抗压强度，可添加钛酸铝12wt％。
堇青石多孔陶瓷中加入氧化铈，形成固溶体，促进了堇青石烧结，使得堇青石相含量增大，并抑制了钛酸铝分解。随着氧化铈添加量增大，堇青石多孔陶瓷致密化，气孔率逐渐减少，抗压强度增大，热膨胀系数在一定范围内逐渐降低，当氧化铈添加量超过1.5wt％左右时，热膨胀系数开始升高，但总体变化量不大。因此，氧化铈添加量可选择在1.5wt％，此时，气孔率为62.72％，抗压强度为15.39MPa，热膨胀系数为1.46×10-6℃-1。
- 作 者：
- 孙园园
- 学科专业：
- 材料工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 山东大学
- 导师姓名：
- 张景德
- 学位年度：
- 2018
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
