燃盡物法制備氧化鋁隔熱耐火材料孔結構與性能相關性研究.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、體積密度和熱導率偏大等缺點。相比之下，燒結法制備的隔熱材料能耗明顯低于該方法，因此采用燒結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，孔結構對材料的性能的影

2、響最為顯著。但是，通過優(yōu)化孔結構參數(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率并提高其力學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率、力學性能和抗熱震性的影響，并采用MIAPS軟件（圖像法）分析了材料的孔結構。在此基礎上，采用灰色關聯(lián)和組織學理論揭示了孔結構對材料熱導率的作用機理;而后利用分形理論探明了氣

3、孔的孔結構參數(shù)對材料力學性能的影響;最后借助斷裂力學，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率、力學性能、抗熱震性及孔結構的研究分析，可以得到如下結論:
　　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構參數(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、平均孔徑等孔結構參數(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致應力集中，并且燒失后殘留的Na2O和K2O等雜質會導致隔熱材料力學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，其力學性能也相應得到提高。
　　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率，但是較大的孔徑導致材料力學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)出最低的熱導率、最為優(yōu)異的力學性能以及抗

6、熱震性。
　　3.借助分形理論、灰色關聯(lián)理論和組織學理論對氧化鋁隔熱材料孔結構參數(shù)與導熱性能、力學性能和抗熱震性的相關性進行了分析。結果表明，材料中的熱導率主要受到孔徑＜2μm的氣孔影響;材料的力學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.根據上述分析結果，將以復合炭黑