粉煤灰陶瓷復(fù)合材料的制備工藝研究.pdf

1、粉煤灰(Flyash)是燃煤電廠排出的主要固體廢棄物，也是目前霧霾天氣的罪魁禍?zhǔn)?，?duì)人類生存環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。然而粉煤灰的化學(xué)組成決定其可以作為再生資源循環(huán)利用，粉煤灰的回收利用具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　　本課題通過優(yōu)化材料體系的組成及原料預(yù)處理制度，并采用不同的燒結(jié)方式，研究利用粉煤灰制備陶瓷復(fù)合材料的新方法、新技術(shù)、新工藝。實(shí)驗(yàn)過程采用球磨-預(yù)燒-二次球磨的工藝，進(jìn)行粉體預(yù)燒處理。預(yù)燒制備的粉體經(jīng)過干壓成型再次燒成，分

2、別采用常壓燒結(jié)和真空燒結(jié)，在燒成溫度850℃～950℃范圍內(nèi)，得到粉煤灰陶瓷復(fù)合材料。通過測試樣品的吸水率、體積密度、硬度等性能，利用XRD、SEM來測定材料的物相組成及微觀結(jié)構(gòu)，分析不同的預(yù)燒溫度、燒結(jié)溫度及燒結(jié)氣氛對(duì)陶瓷性能的影響，獲得最佳的燒結(jié)制度。研究結(jié)果表明:
　　(1)采用常壓一次燒成，在燒結(jié)助劑K2CO3的作用下，當(dāng)粉煤灰與K2CO3的原料用量為60∶40(wt％)時(shí)，制備得到結(jié)構(gòu)及性能穩(wěn)定的陶瓷材料。XRD分析結(jié)果

3、顯示，粉煤灰中的硅鋁氧化物主要存在于玻璃體和結(jié)晶礦物中，添加K2CO3煅燒可以促使粉煤灰物相轉(zhuǎn)變，生成柱狀晶體白榴石(KAlS2O6)和鋁硅酸鉀(KAlSiO4)。由于反應(yīng)燒結(jié)釋放大量氣體、產(chǎn)生液相等因素的影響，一次燒成制備的粉煤灰陶瓷復(fù)合材料致密程度不高。
　　(2)選取原料的最佳配比，通過常壓兩步燒結(jié)法制備粉煤灰陶瓷復(fù)合材料，XRD和SEM分析結(jié)果顯示:原料經(jīng)過730℃預(yù)燒、850℃～950℃燒結(jié)后產(chǎn)物晶相均為鋁硅酸鉀;隨燒結(jié)

4、溫度升高，材料結(jié)晶程度增大，低共熔液相增多，致密程度逐漸增加，到925℃達(dá)到最大值。當(dāng)溫度增加到950℃，材料宏觀表現(xiàn)為過燒，性能下降。預(yù)燒處理能夠有效地排除結(jié)晶水、反應(yīng)氣體以及完成多晶轉(zhuǎn)化，提高材料的致密度。
　　(3)二次燒成時(shí)利用真空燒結(jié)制備粉煤灰陶瓷復(fù)合材料，XRD、SEM分析結(jié)果表明:真空燒結(jié)過程中低共熔液相隨溫度升高而大量增加，最終形成的材料呈玻璃質(zhì)。通過觀察腐蝕表面的顯微形貌，所得陶瓷材料的晶粒細(xì)小且分布均勻，尺寸0