利用核桃壳的形态结构优化Al2O3多孔材料的孔结构和性能

doi:10.3969/j.issn.1001-1935.2022.01.003

耐火材料 ›› 2022, Vol. 56 ›› Issue (1): 10-15.DOI: 10.3969/j.issn.1001-1935.2022.01.003

利用核桃壳的形态结构优化Al₂O₃多孔材料的孔结构和性能

胡娇娇¹⁾(), 李淑静¹^,²⁾, 李远兵¹^,²⁾, 魏志鹏³⁾, 陈攀¹⁾, 王佳宁¹⁾

1)武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北武汉 430081
2)武汉科技大学高温材料与炉衬技术国家地方联合工程研究中心湖北武汉 430081
3)杭州永特信息技术有限公司浙江杭州 310000

收稿日期:2021-03-12 出版日期:2022-02-15 发布日期:2022-02-24
作者简介:胡娇娇:女,1995年生，硕士研究生。E-mail: 1058553518@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目资助(51772221)

Optimization of pore structure and properties of porous Al₂O₃ materials utilizing morphology of walnut shell

Hu Jiaojiao¹⁾(), Li Shujing¹^,²⁾, Li Yuanbing¹^,²⁾, Wei Zhipeng³⁾, Chen Pan¹⁾, Wang Jianing¹⁾

1)The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430081,Hubei,China

Received:2021-03-12 Online:2022-02-15 Published:2022-02-24

摘要/Abstract

摘要：

首先将质量分数为5%的ZrO₂溶胶、7%的Al₂O₃溶胶、3%的SiO₂溶胶作为浸渍试剂对核桃壳粉(WSP)浸渍处理。然后以α-Al₂O₃微粉为主原料,以处理后的WSP为造孔剂,制备了Al₂O₃多孔材料。研究了溶胶浸渍处理后WSP对多孔材料孔结构、热导率和力学性能的影响。结果表明,在Al₂O₃多孔材料的孔中可以清楚地观察到WSP的形变,这是优化陶瓷孔结构的重要因素。通过使用质量分数为3%的SiO₂溶胶浸渍处理的WSP,可以获得低热导率(200 ℃,0.297 W·m ^-1·K ^-1)和高耐压强度 (43.5 MPa)的Al₂O₃多孔材料,并在孔中发现了莫来石的交叉网络结构。

关键词: Al₂O₃多孔材料, 形态结构, 核桃壳粉, 溶胶浸渍, 热导率, 耐压强度

Abstract:

First,walnut shell powder (WSP) was impregnated with different impregnating reagents:5% ZrO₂ sol,7% Al₂O₃ sol,and 3% SiO₂ sol.Then,porous Al₂O₃ materials were prepared using α-Al₂O₃ micropowder as the main starting material and the treated WSP as the pore forming agent.The effects of the sol impregnated WSP on the pore structure,the thermal conductivity and the mechanical properties of the porous Al₂O₃ materials were investigated.The results show that the morphological changes of WSP are clearly observed in the pores of the porous Al₂O₃ materials,which is an important factor in optimizing the pore structure of ceramics.Porous Al₂O₃ ceramics of low thermal conductivity (0.297 W·m ^-1·K ^-1 at 200 ℃) and high compressive strength (43.5 MPa) can be obtained adopting the WSP impregnated with 3% SiO₂ sol.Furthermore,mullite cross network structure is also found in the pores of the material.

Key words: porous alumina ceramics, morphological structure, walnut shell powder, sol-impregnation, thermal conductivity, compressive strength

中图分类号:

TQ175

胡娇娇, 李淑静, 李远兵, 魏志鹏, 陈攀, 王佳宁. 利用核桃壳的形态结构优化Al₂O₃多孔材料的孔结构和性能[J]. 耐火材料, 2022, 56(1): 10-15.

Hu Jiaojiao, Li Shujing, Li Yuanbing, Wei Zhipeng, Chen Pan, Wang Jianing. Optimization of pore structure and properties of porous Al₂O₃ materials utilizing morphology of walnut shell[J]. Refractories, 2022, 56(1): 10-15.

图/表 7

图1 WSP的显微结构照片

Fig.1 SEM images of WSP

图2 经1 550 ℃保温3 h烧后试样的XRD图谱

Fig.2 XRD patterns of specimens fired at 1 550 ℃ for 3 h

图3 经1 550 ℃保温3 h烧后试样的显微结构照片

Fig.3 Microstructure of specimens fired at 1 550 ℃ for 3 h

图4 不同试样的元素面分布

Fig.4 Elemental surface distribution of specimens

图5 试样的孔径分布、平均孔径和显气孔率

Fig.5 Pore size distribution,mean pore size and apparent porosity of specimens

图6 试样的耐压强度和线收缩率

Fig.6 Compressive strength and linear shrinkage of specimens

图7 不同测试温度下试样的热导率

Fig.7 Thermal conductivity of specimens as a function of temperature

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利用核桃壳的形态结构优化Al₂O₃多孔材料的孔结构和性能

Optimization of pore structure and properties of porous Al₂O₃ materials utilizing morphology of walnut shell

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