燃盡物法制備氧化鋁隔熱耐火材料孔結(jié)構(gòu)與性能相關(guān)性研究.pdf

1、工業(yè)窯爐的隔熱保溫性能對節(jié)能和環(huán)保起到重要的作用。氧化鋁隔熱材料由于強度高、使用溫度高、熱機械性能優(yōu)異等特點，是目前用于高溫窯爐爐襯性能最優(yōu)良的隔熱保溫材料。目前氧化鋁隔熱材料主要為氧化鋁空心球制品，該材料往往是通過電熔法先制備出空心球制備，存在耗能高、體積密度和熱導(dǎo)率偏大等缺點。相比之下，燒結(jié)法制備的隔熱材料能耗明顯低于該方法，因此采用燒結(jié)法制備氧化鋁隔熱材料的研究顯得十分重要。影響該類氧化鋁隔熱材料眾多因素中，孔結(jié)構(gòu)對材料的性能的影

2、響最為顯著。但是，通過優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)參數(shù)（氣孔率、孔徑大小、孔徑分布、孔形狀等），來降低氧化鋁隔熱材料的熱導(dǎo)率并提高其力學(xué)性能和抗熱震性能的研究卻鮮有報道。
　　針對上述問題，本文的具體研究內(nèi)容包括:首先研究了稻殼、鋸末、淀粉和炭黑等造孔劑對氧化鋁隔熱材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能和抗熱震性的影響，并采用MIAPS軟件（圖像法）分析了材料的孔結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，采用灰色關(guān)聯(lián)和組織學(xué)理論揭示了孔結(jié)構(gòu)對材料熱導(dǎo)率的作用機理;而后利用分形理論探明了氣

3、孔的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對材料力學(xué)性能的影響;最后借助斷裂力學(xué)，計算了氧化鋁隔熱材料的抗熱震參數(shù)，揭示了材料的抗熱震機理;以上研究為進一步開發(fā)低導(dǎo)熱、高強度和抗熱震性能優(yōu)異的氧化鋁隔熱材料提供比較和參考;在此基礎(chǔ)上，利用鋁溶膠浸漬修飾制備了綜合性能優(yōu)于氧化鋁空心球磚的氧化鋁隔熱材料。通過對所制備材料的熱導(dǎo)率、力學(xué)性能、抗熱震性及孔結(jié)構(gòu)的研究分析，可以得到如下結(jié)論:
　　1.采用稻殼、鋸末作為造孔劑，制備了氧化鋁隔熱材料，并借助MIAPS圖像

4、分析軟件對材料的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了表征。發(fā)現(xiàn)MIAPS軟件可以對隔熱材料的孔徑分布、平均孔徑等孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進行有效評價。隨著造孔劑添加量的增大，試樣的氣孔率、平均孔徑隨之增大并且熱導(dǎo)率逐漸下降。但是，該類造孔劑燒失后留下的狹縫形氣孔容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，并且燒失后殘留的Na2O和K2O等雜質(zhì)會導(dǎo)致隔熱材料力學(xué)性能以及荷重軟化溫度顯著下降。此外，為了提高隔熱材料力學(xué)性能，采用鋁溶膠真空浸漬修飾孔形，發(fā)現(xiàn)試樣的狹縫形氣孔向類球形過渡的同時平均孔徑顯

5、著降低，其力學(xué)性能也相應(yīng)得到提高。
　　2.為進一步優(yōu)化氧化鋁隔熱材料的綜合性能，采用球形度較高且無雜質(zhì)的淀粉和炭黑作為造孔劑，制備了孔形為球形或者類球形的氧化鋁隔熱材料。結(jié)果表明，將粒徑為微米級的造孔劑淀粉引入到氧化鋁隔熱材料中，盡管氣孔形狀的優(yōu)化降低了材料的熱導(dǎo)率，但是較大的孔徑導(dǎo)致材料力學(xué)性能以及抗熱震性能較差。與其他造孔劑相比，當引入納米級造孔劑炭黑后，燒成后試樣的孔徑最小，并且展現(xiàn)出最低的熱導(dǎo)率、最為優(yōu)異的力學(xué)性能以及抗

6、熱震性。
　　3.借助分形理論、灰色關(guān)聯(lián)理論和組織學(xué)理論對氧化鋁隔熱材料孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和抗熱震性的相關(guān)性進行了分析。結(jié)果表明，材料中的熱導(dǎo)率主要受到孔徑＜2μm的氣孔影響;材料的力學(xué)性能受到氣孔率和孔形的影響，氣孔率的降低，氣孔球形度的提高且呈均勻分布時，材料的力學(xué)性能可得到顯著改善;材料的抗熱震性主要受到平均孔徑、分形維數(shù)和孔徑區(qū)間的影響，其中平均孔徑的影響最為顯著。
　　4.根據(jù)上述分析結(jié)果，將以復(fù)合炭黑