蘆葦基陶瓷的制備及性能研究.pdf

1、隨著可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略和兩型社會(huì)建設(shè)目標(biāo)的提出,高質(zhì)利用蘆葦稈、棉梗、樹木枝丫材等農(nóng)林生物質(zhì)資源對(duì)于緩解資源矛盾、維護(hù)自然環(huán)境等具有非常重要的意義。本論文以蘆葦稈粉末為基材,配入不同比例的酚醛樹脂,經(jīng)混料制粒、高壓熱模成形、保護(hù)氣氛陶瓷化燒結(jié)等工序,制得了蘆葦基陶瓷試件；借助三維立體數(shù)碼顯微鏡(3D SSDDM)、響應(yīng)面設(shè)計(jì)軟件(Design Expert)、熱重分析(TGA)、X射線衍射分析(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2、與分析手段,分析了試件原料配比、燒結(jié)溫度對(duì)試件碳得率、體積收縮率、表觀密度、開口氣孔率、靜曲強(qiáng)度、的影響；并通過XRD和SEM對(duì)微觀結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析和表征。得到如下結(jié)論。
　　 1、通過熱重分析,考察了不同升溫速度下蘆葦、酚醛樹脂以及兩者混合料的熱分解行為,為坯塊的陶瓷化燒結(jié)升溫速度的確定提供了參考。試驗(yàn)表明:陶瓷化燒結(jié)時(shí)升溫速度過快易造成試樣傳熱不均勻,甚至產(chǎn)生裂紋和翹曲；但升溫速度過慢也會(huì)使坯塊的炭得率過低,并且升溫速度緩慢

3、能量耗散增大。
　　 2、融合木質(zhì)材料熱壓成形與金屬粉末溫壓成形原理與技術(shù),采用封閉式剛性模對(duì)蘆葦基陶瓷坯塊實(shí)行了高壓熱模成形；借助響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析手段,獲得了最佳熱模成形工藝條件:熱壓溫度160℃、熱壓壓力65Mpa、保溫保壓時(shí)間30min；綜合考慮認(rèn)為陶瓷化燒結(jié)時(shí)的升溫速率為5℃/min。
　　 3、借助3D SSDDM、TGA、XRD、SEM等現(xiàn)代分析方法與手段,通過對(duì)蘆葦基陶瓷的性能與組織形貌分析,認(rèn)為:

4、r>　　 (1)蘆葦基陶瓷隨著酚醛樹脂含量的增加,碳得率增加,體積收縮下降,表觀密度增大,靜曲強(qiáng)度增大；隨著燒結(jié)溫度的升高,木陶瓷的碳得率下降,體積收縮率增大,木陶瓷的表觀密度先減小,后增加。結(jié)果表明蘆葦基陶瓷力學(xué)性能優(yōu)于其他木質(zhì)材料制備的木陶瓷。
　　 (2)通過XRD,發(fā)現(xiàn)蘆葦基陶瓷是一種非晶態(tài)炭材料,原料配比對(duì)蘆葦基陶瓷的XRD圖譜影響較小,燒結(jié)溫度不同時(shí),XRD圖譜中出現(xiàn)了兩個(gè)類似石墨的峰,分別是峰(002)和峰(10

5、1),形成的石墨烯片呈亂層結(jié)構(gòu)；蘆葦基陶瓷的晶面間距d002隨著原料配比的增加而減小,隨著燒結(jié)溫度的提高而增大。
　　 (3)由SEM分析可知由蘆葦基陶瓷是一種典型的多孔結(jié)構(gòu)的炭材料,陶瓷化燒結(jié)后的木陶瓷仍然有類似于木材的導(dǎo)管紋孔等微觀組織構(gòu)造。不加膠的蘆葦基陶瓷組織比較疏松,加入膠的蘆葦基陶瓷結(jié)構(gòu)密實(shí)。燒結(jié)溫度提高,蘆葦基陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)緩慢改變,石墨微晶長(zhǎng)大和結(jié)構(gòu)有序性提高。
　　 4、通過紫銅粉(Cu)的加入對(duì)蘆葦基