掺岩棉改性低密度陶瓷

掺岩棉改性低密度陶瓷摘要多孔陶瓷过滤器材因其除尘的高效率，良好的抗热抗震性，寿命长，运行成本低和无二次污染等优点，受到了人们的广泛关注。实际的工业生产需要过滤效率高，过滤阻力小，强度高的陶瓷过滤器，当对精度和阻力的要求提高后其过滤的强度仍然达不到使用标准。所以本文在保证一定过滤阻力和过滤效率的基础上按一定的比例掺入一定量的岩棉一对提高原陶瓷基板的强度的研究。结果显示随岩棉参入量的增多陶瓷基板的强度得到提升。关键词多孔陶瓷岩棉强度ABSTRACTLOWDENSITYCERAMICDUSTFILTRATIONEQUIPMENTFORITSHIGHEFFICIENCY,GOODTHERMALSHOCKRESISTANCE,LONGLIFE,LOWOPERATINGCOSTSANDNOSECONDARYPOLLUTION,ETC,RECEIVEDWIDESPREADATTENTIONACTUALINDUSTRIALPRODUCTIONREQUIRESHIGHPRECISIONFILTRATION,FILTRATIONRESISTANCE,HIGHSTRENGTHCERAMICFILTER,WHENTHEREQUIREMENTSFORPRECISIONANDRESISTANCETOIMPROVESTRENGTHHASWEAKENEDSOTHISMUSTBECARRIEDOUTATTHEEXPENSEOFACCURACYANDRESISTANCEREQUIRESACERTAINAMOUNTOFWOOLMIXEDWITHACERTAINPROPORTIONOFASTUDYTOIMPROVETHESTRENGTHOFTHEORIGINALCERAMICSUBSTRATETHERESULTSSHOWEDANINCREASEINTHESTRENGTHOFTHECERAMICSUBSTRATEWITHROCKWOOLINCORPORATIONAMOUNTMAYBERAISEDKEYWORDSLOWDENSITYCERAMICWOOLSTRENGTH一引言随着工业技术的发展，人们对材料性能的要求越来越高，一些在高温，高压，腐蚀性环境下工作的元件，往往因为其某一性能的失效最终导致整个设施的失效。因此，对材料的表面或基础性能进行优化改性，提高元件的性能收到工程技术部门的广重视。我们知道表面改性是指在不改变原性能的基础上，赋予其表面新的性能，如吸水性，生物相容性，抗静电性能，染色性能等。但仅仅对其表面性能的改进还远远不能满足现代工业生产的需求。因而，对其基本特性的加强与改进以提高材料生产性能的要求也在鼓舞着工程技术人员们进行深层次的探究。强度与塑性是材料的基本力学性能。但陶瓷材料是脆性材料，在常温下基本上不出现或极少出现塑性变形，因而其塑性指标延伸率和断面收缩率均近似为零。因此，可以认为，陶瓷材料的抗拉强度、断裂强度和屈服强度在数值上是相等的。和金属材料相比，陶瓷材料在高温下具有良好的抗蠕变性能，而且在高温下也具有一定的塑性陶瓷材料本身的脆性来自于其化学键的种类，实际陶瓷晶体中大都以方向性较强的离子键和共价键为主，多数晶体的结构复杂，平均原子间距大，因而表面能小，很容易由表面或内部存在的缺陷引起应力集中而产生脆性破坏。这是陶瓷材料脆性原因所在，也是其强度值分散性较大的原因所在。影响陶瓷强度的主要因素如下（1）气孔率对强度的影响气孔是绝大多数陶瓷的主要组织缺陷之一，气孔明显地降低了载荷作用横截面积，同时气孔也是引起应力集中的地方（对于孤立的球形气孔，应力增加一倍）。由试验数据和经验公式可知，当气孔率为10时，陶瓷的强度降低到无气孔时的一半。硬陶瓷的气孔率约为3，陶器的气孔率约为1015。当材料成分相同，气孔率的不同将引起强度的显著差异。为了获得高强度，应制备接近理论密度的无气孔陶瓷。（2）晶粒尺寸对陶瓷强度的影响从定性角度来说，实验研究已经得到了强度极限与晶粒尺寸的关系式。但对烧结陶瓷来说，要作出只有晶粒尺寸大小不同，而其他组织参量都相同的试样是很困难的，因此，往往其他因素与晶粒尺寸因素同时对强度起影响作用。但无论如何，室温断裂强度无疑随晶粒尺寸的减小而增高。所以，对结构陶瓷材料来说，努力获得细晶粒组织，对提高室温强度是有利而无害的。（3）晶界相的性质、厚度、晶粒形状对强度的影响陶瓷材料的烧结大都要加入助烧剂，因此形成一定量的低熔点晶界相而促进致密化。晶界相的成分、性质及数量（厚度）对强度有显著影响。晶界相最好能起到阻止裂纹过界扩展并松弛裂纹尖端应力场的作用。晶界玻璃相的存在对强度是不利的，所以，应通过热处理使其晶化。对单相多晶陶瓷材料，晶粒形状最好为均匀的等轴晶体，这样承载时变形均匀而不易引起应力集中，从而使强度得到充分发挥。（4）温度对强度的影响陶瓷材料的一个最大特点就是高温强度比金属大得多。汽车用燃气发动机的预计温度为1370，这样的工作温度，NI、CR、CO系的超耐热合金已无法承受，但SI3N4、SIC陶瓷却大有希望。因此我们可以从不同的角度来改性陶瓷基板的强度。本文主要采用在制作基板时添加岩棉的方法来影响其强度。也就是利用岩棉做助烧剂，形成一定量的低熔点晶界相而促进制密化。二实验过程21原料硅酸铝纤维，硅酸钠水溶液（水玻璃），岩棉（。其中岩棉又称岩石棉、是矿物棉的一种。以天然岩石及矿物等为原料制成的蓬松状短细纤维。岩棉是以天然岩石如玄武岩、辉长岩、白云石、铁矿石、铝矾土等为主要原料，经高温熔化、纤维化而制成的无机质纤维。）22实验仪器与设备仪器名称型号生产厂家真空泵集热式磁力搅拌器数显鼓风干燥箱高温炉精密增力电动搅RS05AHJ8GZX9070MBESRJX413上海博尔康真空电子有限公司常州国华电器有限公司上海博迅实业有限公司医疗设备厂江苏东台仪器厂23样品制备将一定量的硅酸铝纤维直接和粘结剂混合，用精密增力电动搅拌器搅拌一定时间，使纤维在粘结剂中均匀分散，将浆料导入多孔成型料浆槽中，在真空泵的抽力作用下，经过负压抽滤成型。按照上面的方法做三个基板作为对照样本。然后，将经过粉碎处理的岩棉与硅酸铝纤维按一定的比例混合（岩棉含量分别为0，2，5，7，10），且混合后的质量与样本相同，将配好的纤维与粘结剂混合，同样的方法制作不同岩棉含量的基板各三个。最后，将制得的样品先放入80的干燥箱中进行干燥，干燥后再将样品放入高温炉中在600温度下烧结，并保温1小时。24实验结果与分析241掺岩棉对强度的影响实验数据表明在试验范围内随着岩棉掺入百分比的增加，低密度陶瓷纤维基板的抗折强度会随之先增加而后减小，并且在不同的烧结温度下基板的抗折强度走势大致相同。值得提出的是，当烧结温度由600提升到700时基板的抗折强度明显下降了。为了更直观地描述这一现象，我们采用了折线图来体现抗折强度的变化趋势（如图一）。由图我们可以很清晰地看到，在实验规定范围内当岩棉的百分含量为7时陶瓷基板的抗折强度达到最大值。拌器转子流量计PM25检测仪JJ1LZB4CWHPC200A金坛市水北创兴仪器厂上海纳森仪器有限公司深圳赛纳威环境科技有限公司不同烧结温度时岩棉百分含量对抗折强度01234567025710岩棉百分含量抗折强度MPA600烧结700烧结图一242掺岩棉对过滤阻力及过滤效率的影响实验为了多方面了解掺岩棉对低密度陶瓷改性的影响，我们还测定了岩棉掺入百分含量对基板过滤阻力及过滤精度的影响。（过滤阻力指的是陶瓷基板两端的压降；过滤效率是指通过基板过滤后的单位空气含颗粒量。）如图二，图三所示。不同烧结温度下岩棉百分含量对基板的过滤阻力的影响0100200300400500600025710岩棉百分含量过滤阻力600度烧结700度烧结图二不同烧结温度下岩棉含量对滤后颗粒数的影响020000400006000080000100000025710岩棉百分含量滤后颗粒600度烧结700度烧结图三由图二和图三我们可以清晰地看到，在试验范围内，随岩棉百分含量的增加，低密度陶瓷基板的过滤阻力有明显的下降趋势且700烧结时阻力明显比600时小。但不可忽略的是，在这个过程中，基板的过滤效率下降了，也就是实验范围内滤后颗粒随岩棉百分含量的增加而增加了，不难发现700时的过滤效率不如600下烧结的基板过滤率。三实验结论及后期展望该实验的主要目的就是通过在低密度陶瓷中添加岩棉在其他特性依旧满足生产要求的同时来提高低密度陶瓷的抗折强度。实验数据生成的图象很直观地说明了在实验研究范围内，随着岩棉掺入百分比的增加，低密度陶瓷纤维基板的抗折强度会随之先增加而后减小，并且在不同的烧结温度下基板的抗折强度走势大致相同。与此同时，我们还可以得出随岩棉百分含量的增加，低密度陶瓷基板的过滤阻力有明显的下降趋势，基板的过滤精度下降了，这些现象表明在试验范围区间内我们可以通过进一步的实验来探索最佳岩棉掺量以满足生产的多方面性能需求。参考文献【1】薛友祥王耀明中材高新材料有限责任公司28