材料科学基础 科研论文

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材料科学基础小组论文

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对于建筑环保材料的调查与研究随着我国经济的发展,有效利用能源、减少环境污染、降低安全生产事故频次,防止突发环境事件,确保生命安全的重要性日益凸显。

制定并执行环保政策和措施,致在保护环境的同时改善人民的生活质量,已经成为我国民生工程的关注点。

环境污染问题,不仅不利于国民经济建设,更威胁人类的生存与发展。

在人们环保意识不断增强之下,人们越来越推崇环保建筑材料的使用。

主流的环保材料类别有如下几种:基本无毒无害型:是指天然的,本身没有或极少有毒的物质、未经污染只进行了简单加工的装饰材料。

如石膏、滑石粉、砂石、木材及某些天然石材等。

低毒、低排放型:是指经过加工、合成等技术手段来控制有毒、有害物质的积聚和缓慢释放,因其毒性轻微、对人类健康不构成危险的装饰材料。

如甲醛释放量较低、达到国家标准的大芯板、胶合板、纤维板。

目前环保材料在环保装潢领域比较广泛。

而目前市场上流行的环保装饰材料主要有以下几种:环保地材:植草路面砖是各色多孔铺路产品中的一种,采用再生高密度聚乙烯制成。

可减少暴雨径流,减少地表水污染,并能排走地面水。

多用在公共设施中。

环保墙材:新开发的一种加气混凝土砌砖,可用木工工具切割成型,用一层薄沙浆砌筑,表面用特殊拉毛浆粉面,具有阻热蓄能效果。

环保墙饰:草墙纸、麻墙纸、纱绸墙布等产品,具有保湿、驱虫、保健等多种功能。

防霉墙纸经过化学处理,排除了墙纸在空气潮湿或室内外温差大时出现的发霉、发泡、滋生霉菌等现象,而且表面柔和,透气性好。

环保管材:塑料金属复合管,是替代金属管材的高科技产品,其内外两层均为高密度聚乙烯材料,中间为铝,兼有塑料与金属的优良性能,而且不生锈,无污染。

环保漆料:生物乳胶漆,除施工简便外还有多种颜色,能给家居带来缤纷色彩。

涂刷后会散发阵阵清香,还可以重刷或用清洁剂进行处理,能抑制墙体内的霉菌。

我国环保装饰材料的发展——装饰材料与环保建筑装饰装修材料是应用最广泛的建筑功能材料,深受到广大消费者的关注。

材料科学基础论文

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钛合金材料的结构、性能和应用范围一、基本简介1、物理性质钛属难熔稀有金属,原子序数为22,原子量为47.90,位于周期表IVB族。

钛有两种同素异形结构,转变温度为882.5℃,低温为密排六方结构的α-Ti;高温为体心立方的β-Ti。

纯钛的比密度为4.505,而钛合金的比密度一般在4.50~4.84之间,低于铁和铜,因此可归入轻金属。

钛的其他主要物理性能如表1所示。

表1 钛的部分物理性能2、机械性能钛的机械性能与其纯度及加工状态有密切关系。

用碘化法生产的高纯钛强度低,塑性高,布氏硬度值为400~600。

工业纯钛的抗拉强度提高到300~600MPa,但仍保持良好的塑形及韧性,其水平相当于碳钢、不锈钢、青铜及铜镍合金,可作为这类材料的代用品。

α-Ti虽属密排六方结构,但和其他六方结构的金属(镉、锌、钴、镁)相比,承受塑性变形的能力要高得多,其原因是一般六方晶体的滑移系少,只能沿基面{0001}滑移,而钛的主滑移面是棱柱面{10-10}及棱锥面{10-11},同时基面也能参与滑移,滑移方向均为[11-20],故滑移系明显增多。

且钛还易于进行孪生变形,从而保证了较高的塑形。

但加工中也需注意,钛的屈强比(材料的屈服点(屈服强度)与抗拉强度的比值)较高,一般在0.70~0.95之间,多数钛合金趋于上限而且钛的弹性模量相对较低,只及刚的一半,因此加工变形的抗力大,回弹也比较严重,不易冷校形。

但有时也利用这一特性,将钛合金作为弹性材料使用。

表2列出了钛的典型机械性能数据。

表2 纯钛的典型机械性能数据纯钛的强度可借助冷作硬化或添加合金元素而提到,50%的冷变形可使强度提高60%,适当合金化并结合热处理,则抗拉强度可达1200~1400MPa,因此钛合金的比强度高于其他金属材料。

纯钛及某些高品位的钛合金尚具有良好的低温性能,即使在低达液氢或液氦温度下,亦能保持足够的塑形(表3),因此钛也是一种良好的低温材料。

表3 工业纯钛的低温机械性能在高温下,纯钛迅速软化,从20℃至250℃强度约下降2/3,因此纯钛不宜制造高温承力构件。

材料工程与科学 论文

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材料工程与科学论文——二氧化钛纳米薄膜材料经过八周的课程学习,我逐步了解到有关于材料的一些知识。

之前只是知道材料就是我们日常生活所接触到的东西,出此之外也没别的了。

在学习了材料工程与科学之后才发现自己的认识是多么的肤浅,特此我也从老师所要求的对一种材料进行分析。

下面我将会从二氧化钛纳米薄膜材料的原材料——二氧化钛的来源、化学结构、化学性质,二氧化钛纳米薄膜材料的制备、性质、应用来阐述二氧化钛纳米薄膜材料。

首先是二氧化钛纳米薄膜材料的原材料——二氧化钛的来源。

二氧化钛,化学式为TiO2,俗称钛白粉。

多用于光触媒、化妆品,能靠紫外线消毒及杀菌,现正广泛开发,将来有机会成为新工业。

二氧化钛可由金红石用酸分解提取,或由四氯化钛分解得到。

还可以用其他的矿石来提炼二氧化钛,比如板钛矿、锐钛矿等,得到八面体晶体结构的TiO2。

然后是二氧化钛的化学性质:二氧化钛的化学性质极为稳定,是一种偏酸性的两性氧化物。

常温下几乎不与其他元素和化合物反应,对氧、氨、氮、硫化氢、二氧化碳、二氧化硫都不起作用,不溶于水、脂肪,也不溶于稀酸及无机酸、碱,只溶于氢氟酸。

但在光作用下,钛白粉可发生连续的氧化还原反应,具有光化学活性。

这一种光化学活性,在紫外线照射下锐钛型钛白粉尤为明显,这一性质使钛白粉即使某些无机化合物的光敏氧化催化剂,又是某些有机化合物光敏还原催化剂。

接着便是二氧化钛纳米薄膜材料的制备,在众多薄膜制备方法中,溶胶凝胶法是最常用的制膜技术,具有纯度高、均匀性好、合成温度低、反应条件易于控制及可实现化学计量比等优点,特别是制备工艺简单,无需特殊贵重仪器,可在各种不同形状的基底,如平面、柱体、管状、球体等不规则的基底上沉膜,还可在不同耐温材料的基底上沉膜,如在聚合物、橡胶、塑料等不能用高温处理的基板上采用提拉、旋涂、喷涂或注入法等沉积均匀的TiO2薄膜,甚至还可在室温下制备光催化TiO2薄膜二氧化钛纳米薄膜材料主要性质有两点:光催化性,亲水亲油性。

材料科学概论论文

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论钛合金特性在体育器材中的应用钛(Ti)在地壳中的丰度为0.56%(质量分数,下同),在所有按元素中居第9位,而在可作为结构材料的金属中居第4位,仅次于Al、Fe、Mg,其储量比常见金属Cu,Pb,Zn储量的总和还多。

钛合金的密度小,比强度、比刚度高,抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好,具有优良的综合性能,因此在体育器材中应用也极为广泛。

首先,钛合金具有以下明显的特性:第一,强度高。

钛合金具有很高的强度,其抗拉强度为686—1176MPa,而密度仅为钢的60%左右,所以比强度很高。

第二,硬度较高。

钛合金(退火态)的硬度HRC为32—38。

第三,弹性模量低。

钛合金(退火态)的弹性模量为1.078×10-1.176×10MPa,约为钢和不锈钢的一半。

第四,高温和低温性能优良。

在高温下,钛合金仍能保持良好的机械性能,其耐热性远高于铝合金,且工作温度范围较宽,目前新型耐热钛合金的工作温度可达550—600℃;在低温下,钛合金的强度反而比在常温时增加,且具有良好的韧性,低温钛合金在-253℃时还能保持良好的韧性。

第五,钛的抗腐蚀性强。

钛在550℃以下的空气中,表面会迅速形成薄而致密的氧化钛膜,故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及强碱中,其耐蚀性优于大多数不锈钢。

作为体育器材,一般都必须要具备高硬度和耐磨性,这样在运动中才不至于出现受伤等意外事故,并且可以长期使用。

尤其对于室外器材,经常日晒雨淋,所以钛合金的抗腐蚀性正好可以避免这些。

其次,钛合金具有以下良好的加工性能:一、切削加工性能钛合金强度高、硬度大,所以要求加工设备功率大,模具、刀具应有较高的强度和硬度。

切削加工时,切屑与前刀面接触面积小,刀尖应力大。

与45钢相比,钛合金的切削力虽然只有其2/3—3/4,可是切屑与前刀面的接触面积却更小(只有45钢的1/2—2/3),所以刀具切削刃承受的应力反而更大,刀尖或切削刃容易磨损;钛合金摩擦因数大,而热导率低(分别仅为铁和铝的1/4和1/16);刀具与切屑的接触长度短,切削热积聚于切削刃附近的小面积内而不易散发,这些因素使得钛合金的切削温度很高,造成刀具磨损加快并影响加工质量。

材料科学概论论文

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材料科学概论所谓材料,是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质,通俗的讲就是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质。

材料是人类生活和生产的物质基础,是人类认识自然和改造自然的工具,是人类进步程度的主要标志。

可以这样说,自从人类一出现就开始了使用材料。

材料的历史与人类史一样久远。

从人类的出现到二十一世纪的今天,人类的文明程度不断提高,材料及材料科学也在不断发展。

在人类文明的进程中,材料大致经历了‘‘ 1.使用纯天然材料的初级阶段 2.人类单纯利用火制造材料的阶段 3.利用物理与化学原理合成材料的阶段 4.材料的复合化阶段5.材料的智能化阶段这五个阶段。

当前,高技术新材料的发展日新月异,材料科学的内涵也将日益丰富。

我们每一天都与材料打交道,它如空气般萦绕在我们身边的每一个角落、每一分每一秒。

从清晨睁开眼睛时投射入眼底的那束光开始算起,牙刷、毛巾、牙膏……无不是材料这一庞大而复杂家庭的一份子。

材料是人类赖以生存和发展的物质基础,20世纪70年代人们把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。

80年代以高技术群为代表的新技术革命,又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。

这主要是因为材料与国民经济建设和人民生活密切相关。

材料除了具有重要性和普遍性以外,还具有多样性。

从物理化学属性来分,可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料所组成的复合材料。

从用途来分,又分为电子材料、航空航天材料、核材料、建筑材料、能源材料、生物材料等。

更常见的两种分类方法则是结构材料与功能材料;传统材料与新型材料。

金属材料金属材料,特别是钢、铜、铝等,仍是21世纪的主要结构材料和电能传输材料。

金属材料已有成熟的生产工艺,相当多的配套设施和工业规模生产,价格低廉、性能可靠,已成为涉及面广、市场需求大的基础材料。

金属材料虽然今后会部分被高分子材料、陶瓷材料及复合材料所代替,由于它有比高分子材料高得多的弹性模量,比陶瓷高得多的韧性和良好的导电性能,在相当长的时期内改变不了它在材料中的主导地位,即使在高技术产业中也不例外.金属材料的发展趋势是:随着航天航空和其它尖端技术的飞跃的发展,在改善和提升传统材料品质的同时,金属功能材料、非平衡态金属,特别是高比强、高模量、耐高温、抗氧化,抗腐蚀、耐磨损合金和金属基复合材料会有快速的发展,如金属超导材料、钛及其合金、铝基增强复合材料,金属间化合物、形状记忆合金和纳米晶块体材料等。

材料科学论文

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材料科学论文
材料科学是一门研究材料的组成、结构、性能和制备工艺的学科,它涉及到多
个学科的知识,如化学、物理、工程等。

材料科学的发展对于现代工业和技术的进步起着至关重要的作用。

本文将从材料科学的基本概念、发展历程以及未来发展方向等方面进行论述。

首先,材料科学是一门跨学科的学科,它涉及到多个学科的知识。

材料是构成
物体的基本实体,材料科学的研究对象包括金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料等。

材料的性能对于物体的功能和性能起着决定性的作用。

因此,材料科学的研究对于提高材料的性能、开发新型材料具有重要意义。

其次,材料科学的发展历程可以追溯到古代。

古代人类利用石器、陶器等原始
材料进行生产和生活,这是材料科学的萌芽阶段。

随着社会的发展,人们开始利用金属材料进行生产和制造,这标志着材料科学的初步发展。

随着工业革命的到来,材料科学得到了迅速发展,新型材料的不断涌现为工业和技术的进步提供了强大的支撑。

最后,材料科学的未来发展方向主要包括两个方面。

一是新材料的研发和应用。

随着科技的进步,人们对材料的性能和功能要求越来越高,因此新型材料的研发成为材料科学的重要方向。

二是材料制备工艺的改进。

材料的性能不仅取决于其组成和结构,还取决于其制备工艺。

因此,材料制备工艺的改进对于提高材料的性能具有重要意义。

综上所述,材料科学是一门重要的学科,它对于现代工业和技术的进步起着至
关重要的作用。

随着科技的不断发展,材料科学将会迎来更加广阔的发展空间,为人类社会的进步做出更大的贡献。

跟材料学有关的论文

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跟材料学有关的论文材料学作为战略性领域的基础学科,在国防建设、基础设施、军用民用等领域具有广阔的应用价值。

下文是店铺为大家整理的跟材料学有关的论文的范文,欢迎大家阅读参考!跟材料学有关的论文篇1浅析导电高分子材料及其应用摘要:自从1977年来,导电高分子材料的研究受到了普遍的重视和发展。

介绍了导电高分子材料的分类、导电机制、在各领域中的应用及研究进展。

关键词:高分子材料;导电机理;导电塑料;用途20世纪70年代,白川英树、Heeger和MacDiarmid等人首次合成了聚乙炔薄膜,后来又经掺杂发现了可导电的高聚物,这就是导电高分子材料。

导电高分子材料的发现,改变了人们对传统塑料、橡胶等高分子材料是电、热的不良导体的观念,经过40多年的发展,导电高分子材料也从最初的聚乙炔发展到聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等数十种高分子材料,成为金属材料和无机导电材料的优良替代品。

而今这种导电高分子材料已广泛应用于电子工业、航空航天工业之中,并对新型生物材料和新能源材料的开发产生巨大的影响。

1 高分子材料的分类及导电机理导电高分子材料通常是指一类具有导电功能(包括半导电性、金属导电性和超导电性)、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。

这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜,以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态(10-9到105 S/cm)的范围里变化。

这种特性是目前其他材料所无法比拟的。

按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型(或本征型)导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。

1.1 结构型导电高分子材料结构型导电高分子材料是指高分子本身或少量掺杂后具有导电性质的高分子材料,一般是由电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或供体进行掺杂后制得的。

结构型导电高分子材料具有易成型、质量轻、结构易变和半导体特性。

最早发现的结构型高分子聚合物是用碘掺杂后形成的聚乙炔。

这种掺杂后的聚乙炔的电导率高达105 S/cm。

浅析《材料科学基础》课程考核体系的研究与实践的论文

浅析《材料科学基础》课程考核体系的研究与实践的论文

浅析《材料科学基础》课程考核体系的研究与实践的论文浅析《材料科学基础》课程考核体系的研究与实践的论文考核是检验学生掌握知识和理解知识程度的主要手段,也是检查教师工作效果的有效途径。

通过考核,教师可以了解学生的薄弱环节,从而在教学过程中予以加强,对教和学两个方面都有促进作用。

要培养学生的创新思想和综合应用能力,必须打破传统的考核办法,探求合理的有利于学生能力培养的考核体系。

《材料科学基础》是一门典型的以基础理论和工程实践紧密结合为特征的学科,它与实践教学具有很强的互补性,学生在实践教学中能充分发挥自己的想象力和创造力,优化知识结构,扩大知识面,开阔视野,建立大工程的背景和意思。

因此,在对学生进行基础理论考核的同时,更应注重对工程实践能力的考核。

而目前《材料科学基础》课程的考核普遍存在以下几方面问题:(1)考核形式单一,考试成绩一锤定音;(2)偏重理论考试,忽视工程实践能力考核;(3)拟定题目带有很强的主观性;(4)题目的深浅难度及题量难以把握等。

这样导致了学生平时不注意学习,考试前搞突击,所学知识不牢固,不重视实践教学,对提高学生综合素质和培养创新能力不利等弊端。

针对上述问题,我们对考核的内容和方式作了较大改革,考核内容和比例分配由原实验10%、平时作业10%和期末考试80%调整到实验20%、平时考核20%、撰写论文10%和期末考试50%的新的考核体系。

在理论考核中,采用平时考核与期末考试相结合的办法。

平时考核由三部分组成,即学生作业、课堂提问和小测验,它们分别占课程总成绩的'5%、5%和10%。

小测验安排在每章学完后进行,每次测验十五分钟,共进行6~7次,题型包括填空、判断和选择。

《材料科学基础》课程期末考试要做到标准化、规范化和科学化,必须建立自己的试题库,随着计算机技术的发展,我校《材料科学基础》课程的考试也逐步采用了计算机试题库组卷的方式。

由于试题库中的题目一些是从各高校以往大量使用过的成熟的题目中精选而来,一些是由本学科经验较丰富的教师编制而成,因此,具有较强的科学性和较好的考核功能。

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长春理工大学科研训练报告材料科学与工程学院班姓名时间地点西区实验楼110、112指导教师注:本页由教师填写磷_氟一钢渣复合添加剂对水泥熟料烧成的影响摘要:磷(P)或氟(F)的阴离子团可以促进硅酸盐水泥熟料的烧成,因此,利用P与F的复合效应,并引入钢渣做晶种,分析晶种与阴离子的复合对硅酸盐水泥熟料形成规律所产生的影响。

结果表明:磷渣、钢渣与萤石的三元复合体系对熟料中游离氧化钙含量的改善作用明显优于单掺磷渣或钢渣与萤石二元复合体系的。

当煅烧温度提高至1 350℃或l 450℃时,三元复合体系仍明显改善了生料的易烧性。

三元复合体系可改善液相的粘度与矿物的形貌,促进3CaO·SiO2的形成和生长发育。

热分析表明:与空白样相比,磷渣、钢渣与萤石的三元复合体系将碳酸盐分解峰值温度、反应起始温度和反应结束温度分别降低了50,15℃和55℃。

关键词:硅酸盐水泥熟料;烧成;易烧性;微观结构;磷渣;萤石;晶种硅酸盐水泥熟料矿物是多相、多组分的复杂体系在高温煅烧中通过一系列化学反应和溶解、扩散、结晶等物理化学作用而形成的。

由于硅酸盐水泥主要熟料矿物3CaO·Si02(C3S)的形成温度高(通常在1450℃左右),所以烧成水泥熟料所需的能耗大。

针对这一问题,文献[1-3]介绍了以离子掺杂低温烧成技术为切入点,研究含磷阴离子团对水泥熟料性能的影响。

此外,利用诱导结晶原理,添加晶种制备水泥熟料也有效地改善了生料的易烧性,促进硅酸盐水泥熟料的形成。

在该方面的研究中,陈明芳等和龚方田等做了大量工作,研究了不同种类水泥熟料单矿物对普通硅酸盐水泥熟料易烧性的影响,结合诱导结晶原理探讨了添加晶种后硅酸盐水泥熟料的形成过程和显微结构的变化,为添加晶种煅烧水泥熟料技术的应用奠定了理论基础。

目前,阴离子掺杂与晶种技术的复合对水泥熟料烧成的影响方面的研究较少。

因此,实验中,在P,氟(F)阴离子团掺杂的基础上,引入晶种,探讨阴离子掺杂与晶种技术的叠加效应对硅酸盐水泥熟料形成规律的影响。

1.实验1.1原材料用石灰石、江砂、硫酸渣、磷渣、料进行配料。

为了研究晶种技术与P,F 阴离子团复合对硅酸盐水泥熟料烧成所产生的影响,在生料中掺入了钢渣与萤石。

各种原料的化学成分见表1,其中:晶种由钢渣提供;P,F阴离子团通过磷渣与无烟煤等原萤石引入;萤石用化学纯试剂。

表1-11.2配料及制备方法熟料率值设定为石灰饱和系数为0.92±0.02,硅率为2.60±0.05,铝率为1.30±0.05。

所有原材料在实验前都预先粉磨到一定细度。

由负压筛析仪检验细度,其中:石灰石、江砂粉磨细度在80um筛余小于10%,以避免对水泥熟料的烧成产生不利影响;其他原材料细度控制在80um筛余小于3.0%。

为了说明P,F阴离子团和晶种复合对水泥熟料烧成的影响,设定对照组,并以空白样品为基准,保持各组样品所设计的矿物组成与实验条件的相同。

掺入不同矿化剂样品的组成见表2。

1.3方法混料后加水压制成Φ 60 mm×5 mm的圆形试饼,在电热鼓风干燥箱中105℃干燥2h。

将制备好的试饼装入耐火匣钵,放入硅钼炉中分别在1250、1300、1350℃煅烧30 min。

取出熟料后迅速风冷至室温。

将熟料粉磨及磁选后,用甘油无水乙醇法测定熟料中游离氧化钙的含量。

用日本Rigaku公司D/max-RB转靶x射线衍射(x.ray diffraction,XRD)仪确定熟料的矿物组成,Cu靶,40kV,50mA,扫描速率为5°/min。

用德国NETZSCH STA 449C综合热分析仪进行差热分析(differential scanning calorimetry,DSC)和微分热重分析(derivative themgravimetry,DTG),确定不同配比生料在空气条件下,经历高温时的物理化学变化,温度范围为1300~1450℃,升温速率为20℃/min,参比物为A1203。

用日本JSM一5610LV型扫描电子显微镜(scalllling electron microscope,SEM)分析1 350℃所制备水泥熟料的微观形貌。

2.结果与分析2.1易烧性实验实验中探讨了P,F阴离子团与晶种复合对生料易烧性的影响(见图1和图2)。

图1为氟离子(F-)与晶种对生料易烧性的影响。

从图1可知:在煅烧温度为l250℃,保温时间为30min时,与空白样(样品1)相比,作为晶种引入钢渣的样品2,掺杂r 的样品3和钢渣与F-复合的样品4都改善了生料的易烧性,其中样品4的效果优于样品2的。

当煅烧温度为l350℃时,样品4对生料易烧性的改善作用开始优于样品2和样品3的。

煅烧温度为1450℃时,样品2和样品3的f- Ca0含量几乎一致,样品4仍明显降低了熟料的f-Ca0含量。

图2为P,F阴离子团与晶种三元复合对水泥熟料中f-Ca0含量的影响。

由图2可见:当煅烧温度为l250℃时,单掺磷渣的样品5的效果优于样品1和样品4的,而磷渣、钢渣和萤石三元复合的样品6较大程度地降低了水泥熟料中f-Ca0的含量且明显优于其它样品的,而且样品6的这种效果在1350℃和1450℃时,仍然呈现出相同规律。

2.2熟料的矿物组成在1350℃制备的样品1、样品4、样品5和样品6中水泥熟料矿物的组成见图3。

由图3可知:上述4种样品水泥熟料的主要矿物为:C3S,γ-C2S(2CaO·Si02),β-C2S,C4AF(4CaO·Al203·Fe203),C3A(3CaO·A1203),其中:样品4、样品5和样品6中C3S的特征峰(d=2.6100 nm)和C4AF的特征峰(d=2.6300 nm)比样品l中的明显,而上面3种熟料中C3A的特征峰(d=2.700 nm)与样品1的相比却较弱。

分析样品1、样品4、样品5和样品6易烧性的实验结果可知:样品4、样品5和样品6都改善了水泥熟料烧成时的液相粘度,有利于液相烧结过程中质点的扩散与迁移,促进硅酸盐矿物的形成。

2.3生料的热分析为了说明P,F阴离子团与晶种复合效应的机理,对样品1、样品4和样品6的生料进行DSC—DTG分析。

图4为样品1、样品4和样品6配比生料的DSC曲线。

根据文献及图4中样品1、样品4和样品6的DSC曲线,所发生的一系列热效应与煅烧过程中的物理化学变化的对应关系大致如下:(1)500℃左右放热峰系煤燃烧放热所致;(2)800℃左右吸热峰系碳酸盐分解吸热所致;(3)1100℃左右放热峰系形C3A,C2AS(2CaO·A1203·Si02),C4AF的放热所致。

对比图4中样品1、样品4和样品6随温度增加而发生的变化可知:样品4与样品6明显降低了碳酸盐大量分解时的温度,分别降低30℃和50℃;而且随着样品4与样品6的加入,碳酸盐发生分解的温度提前,这可由图4中600℃与800℃之问(I 区)DSC曲线由平缓逐渐变为陡峭的过程分析得出。

此外,样品6与样品l和样品4的最大不同在于:样品6推迟了1100℃左右的放热峰,使其出现在1195℃,并在800~1 200℃之间产生了一个吸热峰。

样品6在1130℃附近的吸热峰可能是P,F阴离子团产生少量液相的结果。

图5为样品1、样品4和样品6的DTG曲线。

从图5可知:样品6在650~890℃范围内的DTG曲线的峰形位于样品1与样品4的之前,表明:样品6的碳酸盐分解过程中,分解反应达到析的结果一峰值的温度早于样品1与样品4的,见表3。

结果表明:样品6加快了碳酸盐的分解速率,促进碳酸盐的分解反应,这与DSC曲线分致。

2.4熟料矿物的显微结构图6为水泥熟料的SEM照片,反映了样品1、样品4和样品6熟料矿物的结晶状态及熟料的形貌。

图6a为空白样品l的SEM照片,从图6a可知:样品1在1350℃保温时间为30 min时,水泥熟料中主要硅酸盐矿物A矿(A1ite)为无定形状态,大小在10um左右,说明样品1还没有达到烧成的温度范围,主要还是固相反应。

在掺入磷渣与萤石后(见图6b),水泥熟料的微观结构得到了改善,以半自形晶状态存在,孔洞少,结构致密,而且A矿已经具备明显的棱柱状与板状结构,其大小为5~10um。

与样品1不同,样品4熟料矿物的表面出现晶须状物质。

样品6熟料中(见图6c)A矿已具备自形晶结构,呈六方棱柱状,其大小约为10um左右。

与样品4相似,样品6也存在晶须状物质。

3.机理分析硅酸盐水泥熟料煅烧过程中,由于液相含有不熔性杂质或局部组分不均匀时,都可以产生相界面。

液相中存在相界面时,在相界面上就可能出现晶核,因此,C3S的成核是非均一性成核。

从热力学观点来看,在界面上成核的条件:界面与晶核之问的界面能小于熔体与晶核之间的界面能时,晶核容易出现在界面上。

从晶体结构的观点来看,假如晶核是在另一种晶体(杂质)的表面形成,如果杂质晶体表面的构造和晶核接触面的构造相同或相近,则以杂质晶体为底,在其上容易形成另一种晶体的核。

此外,从晶体生长的角度出发,加入具有矿化作用且改善液相性质的阴离子或阴离子团,可以加速质点之问的扩散、吸附与反应的速率,最终促进水泥熟料的烧成。

3.1 P,F阴离子团与晶种复合对固相反应的影响固相反应阶段中,水泥熟料过渡性矿物是在系统热势场的作用下形成的,即:以浓度梯度为推动力,主要通过Ca0与Si02,Fe203和A1203等质点的相互扩散、接触和反应,经历晶体成核与生长而形成。

在固相反应过程中,依据非均一性成核的原理,加入含有部分水泥熟料矿物的钢渣与促进晶体生长的矿化剂,为水泥熟料矿物在晶种矿物表面成核与生长创造了有利条件,加速了矿物的形成速率。

除此之外,矿物形成速率的加快又增加了Ca0粒子扩散迁移的速率,使碳酸盐分解产生的新生态Ca0能与酸性氧化物较快反应,形成过渡性矿物,促使碳酸盐产物层不断减薄,进而加速碳酸盐的分解。

从图2可见,1250℃时,样品6的f-Ca0含量少于样品1、样品4和样品5的,表明:在相同煅烧条件下,P,F阴离子团与晶种复合提高了Ca0的转化率。

热分析结果表明,磷渣、钢渣和萤石的加入使碳酸盐开始分解的温度,分解反应达到峰值的温度和分解反应结束的温度均低于样品1和样品4的,表明:P,F阴离子团与晶种复合的效应对固相反应有利。

3.2 P,F阴离子团与晶种复合对C3S形成的影响水泥熟料矿物中C3S的形成主要通过溶解于液相中的Ca2+与[Si04]4-通过质点问的相互碰撞,产生键合并发生反应来实现。

因此,通过加入磷渣与萤石,利用P,F阴离子团的复合改善水泥熟料烧成过程中液相的性质,即:增加液相量与降低液相粘度,为C,S的形成创造条件。

通过引入晶种,利用晶体成核与生长机理,降低形成临界晶核的热力学势垒,在多液相、低粘度的条件下,缩短C3S形成和发育的时间,促进水泥熟料的烧结。

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