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1、本科生毕业设计（论文）摘 要 堇青石陶瓷具有热膨胀系数低、抗热震性好、组织疏松、多孔等特点，用于汽车尾气载体、泡沫陶瓷等方面。但是由于强度不高，不能用于承重的结构件。本课题以滑石、Al2O3、SiO2为原料制备堇青石陶瓷基体。以Al2O3纤维为增强第二相，制备Al2O3f/堇青石复合材料。探讨基体的烧结机理和含量（4%、10%）Al2O3f/堇青石复合材料的增强机制。试验结果表明，堇青石陶瓷基体随烧结温度的升高，线收缩率、体积密度、抗弯强度逐渐提高。尤其当烧结温度超过1300 以后显著提高。当温度达到1400 时，三相指标达到最大(11.26%、2.28%、4.75 MPa)。Al2O3f/堇
2、青石复合材料的线收缩率、体积密度、抗弯强度随烧结温度的变化趋势与基体大致相同。但是，复合材料的这三项指标的整体水平要高于基体，尤其Al2O3纤维含量为10%的复合材料最好。当温度达到1400 时，这种材料的三项指标分别达到最大值(11.38%、2.67%、5.39 MPa)，分别较基体提高了1.07%、17.11%、13.5%。在烧结过程中，由于形成烧结颈，增加体积密度，反应形成新相，形成固溶体，以及Al2O3纤维与基体的良好复合。在断裂过程中，由于纤维的脱黏、桥接、裂纹的偏转、纤维断裂等消耗能量的机制使复合材料的强度提高。关键词：堇青石陶瓷；Al2O3纤维；体积密度；抗弯强度Abstract
3、Because cordierite ceramics with low expansion, excellent thermal shock resistance, loose organizational structure, porosity and other characteristics, it is widely used in automobile exhaust carrier, foam ceramics, refractories and other aspects. But because of its strength is not high, can not be
4、used for load-bearing structural member.In this thesis, the cordierite ceramic were prepared with steatite, Al2O3, SiO2 as raw materials. Al2O3f /cordierite composite material were prepared with the Al2O3 fiber as reinforcing second phase. Matrix sintering mechanism and (4%and10%) Al2O3f / cordierit
5、e composites reinforced mechanisms are discussed. Test results indicate that with the sintering temperature increasing, the linear shrinkage, bulk density and bending strength of cordierite gradually increased, especially over 1300 enhanced obviously. When the temperatures reach 1400 , the indicator
6、s have reached the maximum (11.26%、2.28%、4.75 MPa). Al2O3f / cordierite composite the linear shrinkage, bulk density and bending strength with the sintering temperature and the substrate is substantially the same tendency. However, these indicators composite material is higher than the overall level
7、 of the substrate, in particular the fiber content of Al2O3 composite material is preferably 10%. When the temperature reaches 1400 , the material of the indicators were maximum (11.38%、2.67%、5.39 MPa), respectively, compared with the matrix increased 1.07%、17.11%、13.5%.In the sintering process, due
8、 to the formation sintering neck, increasing the bulk density, the reaction to form a new phase, forming a solid solution, and Al2O3 fiber and matrix a good compound, the break process, because the fiber depending, bridging, crack deflection, fiber breakage consumption of energy and other mechanisms
9、 to improve the strength of the composites.Key words: cordierite; Al2O3 fiber; volume density; bending strength目录第1章 绪论11.1前言11.2堇青石的基本情况11.2.1堇青石的原料11.2.2堇青石的性能21.2.3堇青石陶瓷的应用21.2.4堇青石超微粉的合成41.3氧化铝纤维51.3.1氧化铝纤维的制备方法61.3.2氧化铝纤维的应用61.4氧化铝发展现状71.4.1国外情况71.4.2国内情况81.5陶瓷材料强化原理81.5.1纤维增强91.5.2颗粒弥散增强91.6选题
10、的目的和研究内容10第2章 实验内容与方法122.1实验材料122.2实验设备132.3工艺路线142.4实验方法152.4.1堇青石陶瓷基体的制备152.4.2含氧化铝纤维堇青石陶瓷的制备152.4.3试样性能的测定16第3章 实验结果与讨论193.1烧结温度对堇青石基体的影响193.1.1烧结温度对基体线收缩率的影响193.1.2烧结温度对基体开口孔隙率的影响203.1.3烧结温度对基体真气孔隙率的影响203.1.4烧结温度对基体闭口孔隙率的影响213.1.5烧结温度对基体体积密度的影响223.1.6烧结温度对基体相对密度的影响223.1.7烧结温度对基体抗弯强度的影响233.2烧结温度对
11、Al2O3f/堇青石基复合陶瓷材料的影响243.2.1烧结温度对复合材料线收缩率的影响243.2.2烧结温度对复合材料开口孔隙率的影响243.2.3烧结温度对复合材料真气孔率的影响253.2.4烧结温度对复合材料闭口孔隙率的影响263.2.5烧结温度对复合材料体积密度的影响273.2.6烧结温度对复合材料相对密度的影响273.2.7烧结温度对复合材料抗弯强度的影响283.3堇青石基体和Al2O3f/堇青石基复合陶瓷材料的断口形貌分析293.4X射线衍射相分析31第4章 结 论32参 考 文 献33致 谢35附 录A 译文36附 录B 英文材料41IV第1章 绪论1.1 前言合成堇青石已有很长时
12、间的历史。1883年尔布尔热瓦第一次从熔化的物质中在结晶时合成了堇青石，起熔物的成分与天然堇青石的很相近。1920年前后，人们才发现固相法合成堇青石的适宜组成。作为一种陶瓷 ，1929年FSinger和WMCohn1首先报导了用43%的滑石、35可塑性黏土和22的氧化铝相配合，在1400 下煅烧而得到膨胀系数极低(01000 为1.21.61016 )的材料。当时并不知道这种材料的低膨胀系数是由于富含堇青石造成的。1932年 Getter和Insley验证上述试验，并证实了这种材料的低膨胀性是由于其中含有大量堇青石的结果。我国在1962年左右开始对合成堇青石的研究，但真正投入生产却是近十年的事
13、2。虽然堇青石有组织疏松多孔、良好的抗热震性、低膨胀性等优点。但强度低、脆性大的缺点使其在某些重要领域不能应用。因此根据实际需要要求合成出强度、脆性适中的堇青石。本论文是通过添加氧化铝纤维研究堇青石强度变化的情况。1.2 堇青石的基本情况堇青石(Cordierite) 的分子式为2MgO2Al2O35SiO2。属于镁铝硅酸盐矿物，晶体结构属于六方晶系、六元环状硅酸盐晶体，是堇青石四种变体之一的高温型。堇青石的优点有低膨胀性（251000 平均为1.510-6 -1）、抗热震性能好、组织多孔、疏松。可应用于的汽车尾气载体，炼制石油化工中的填充材料以及能耐高温、承受极冷、极热但不承重的结构件。但是
14、其缺点有强度低、脆性大不能用于轴承类的承重结构件。同时具有较高的分解温度大约为1460 3。天然的堇青石含量很少，工业上用的都为人工合成的堇青石。纯氧化物合成的堇青石纯度高，但其合成温度高，合成温度范围窄，而且成本高，目前多采用天然原料为主合成堇青石。1.2.1 堇青石的原料堇青石的化学式表示为2MgO2Al2O35SiO2，堇青石是由Al2O3、MgO、SiO2组成的多组分复合材料，理论组成所占质量百分数为，MgO-13.7%；Al2O3-34.9%；SiO2-51.4%。合成堇青石时4，为满足材料中3项主要组成成分的要求，分别选择了滑石、Al2O3、石英砂等原料作为提供产品中成分的材料。1
15、.2.2 堇青石的性能堇青石陶瓷具有低的热膨胀系数, 高的化学稳定性和抗热震性, 以及一定的机械强度, 因此被广泛用作窑具、电子器件和微电子封装材料。此外, 由于其具有良好的吸附性能, 与各种催化剂活性组分的匹配性良好, 以及孔壁薄、几何表面积大等特点,可用于制备多孔材料如蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷, 作为净化废气的理想催化剂载体和过滤装置, 用于汽车尾气净化、金属熔体过滤、超细粒子过滤、催化燃烧、热交换等化学加工。1.2.3 堇青石陶瓷的应用(1) 陶瓷、耐火材料方面的应用堇青石最初用于陶瓷烧成的封装材料即匣钵。由于堇青石的低膨胀性，用它做成的匣钵比用其它材料（粘土材料）做成的匣钵使用周期长。随后，用其做成的棚板和支架材料用于隧道窑，从而使生产周期大大加快。但堇青石也有一定的缺点，即高温荷重性能比较差，因而还出现了堇青石与其它材料的复合以提高其性能，如堇青石-莫来石、堇青石-硅线石、堇青石-尖晶石等复合材料。虽然这种复合能够克服单-堇青石的荷重性能差的缺点，但因缺乏具体的理论支持以及存在工艺与设备上的问题，往往达不到较理想的效果。轻质堇青石材料被相继开发，如使用温度
