CeO_2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响_图文(精)
Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料的结构及呈色机理
Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料的结构及呈色机理朱振峰;李军奇;马建中【期刊名称】《功能材料信息》【年(卷),期】2009(000)001【摘要】采用低温燃烧-水热合成法制备出具有不同x值的Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料,研究了Pr掺杂量对Ce_(1-x)Pr_xO_2晶体结构的影响,并对Ce_(1-x)Pr_xO_2陶瓷颜料呈色机理进行了分析。
结果表明:Pr离子进入CeO_2晶格形成Ce_(1-x)Pr_xO_2固溶体,Ce_(1-x)Pr_xO_2的晶格常数随着Pr掺杂量的增加而增大;Ce_(1-x)Pr_xO_2晶体中的氧空位破坏了CeO_2晶体中质点排列的有序性,引起晶体内周期性势场的畸变。
自由电子陷落在氧离子空位中而形成缺陷,即形成氧离子空位的F-色心,导致其吸收波长<600nm左右的可见光,从而呈现红色色调。
【总页数】1页(P)【作者】朱振峰;李军奇;马建中【作者单位】陕西科技大学材料与科学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TQ174.45【相关文献】1.Ce_(1-x)Fe_xO_2复合氧化物的结构及其催化碳烟低温燃烧性能 [J], 晏冬霞;王华;李孔斋;魏永刚;祝星;程显名2.Zr_(1-(x+y))M_xR_ySiO_4型稀土陶瓷颜料的晶体结构及呈色机理 [J], 孙再清;黄小青;徐平;李正茂3.Ce_(1-x)Pr_xO_2固溶体的低温燃烧合成及表征 [J], 朱振峰;胡俊滔;王宝利;李军奇4.低温燃烧合成Ce_(1-x)Pr_xO_2红色稀土颜料的呈色性能的研究 [J], 朱振峰;王若兰5.Ce_(1-x)Pr_xO_2红色陶瓷颜料的制备方法 [J], 朱振峰;胡峻滔;贺瑞华;赵毅;李军奇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
堇青石蜂窝陶瓷的研究
堇青石蜂窝陶瓷的研究堇青石蜂窝陶瓷的研究引言：陶瓷作为一种重要的材料，在建筑、制瓷和航空航天等领域中发挥着重要作用。
随着科技的不断发展，人们对陶瓷材料的性能提出了更高的要求。
而堇青石蜂窝陶瓷以其独特的结构和优越的性能，成为了研究的热点之一。
本文将对堇青石蜂窝陶瓷的研究进行探讨。
一、堇青石蜂窝陶瓷的概述堇青石蜂窝陶瓷是一种由堇青石陶瓷片组成的复合材料。
它的独特之处在于其内部呈现出蜂窝状的结构，类似于蜂巢的排列方式。
堇青石是一种高硅酸盐陶瓷材料，具有优异的耐热性、抗腐蚀性和机械性能。
而蜂窝状的结构能够提供更大的表面积，并且具有良好的隔热性能和轻质化特点，因此在一些高温环境下的应用具有潜力。
二、堇青石蜂窝陶瓷的制备制备堇青石蜂窝陶瓷的关键是制备堇青石陶瓷片和组装成蜂窝状结构。
首先，制备堇青石陶瓷片需要选取高纯度的堇青石原料，经过压制、成型和烧结等工艺步骤得到成品。
然后，利用堇青石陶瓷片进行组装，可以采用焊接、粘接或者烧结等方法。
在组装过程中，需要控制好结构的尺寸和形状，以保证蜂窝陶瓷的性能。
三、堇青石蜂窝陶瓷的性能及应用1. 耐热性能：由于堇青石本身具有良好的耐热性能，堇青石蜂窝陶瓷也具备很高的耐热性，能够在高温环境下稳定工作。
因此，它在航空航天、炼化等领域有着广泛的应用前景。
2. 抗腐蚀性：由于堇青石本身耐腐蚀性能优异，所以堇青石蜂窝陶瓷也具备很高的抗腐蚀性能。
这使得它在化工、冶金等行业中有着较好的应用潜力。
3. 隔热性能：由于蜂窝状结构具有较高的空隙率，因此堇青石蜂窝陶瓷具备优良的隔热性能。
这使得它在热工装备、建筑隔热等方面有着广泛的应用价值。
4. 轻质化特点：蜂窝状结构使得堇青石蜂窝陶瓷具有轻质化特点，从而在航空航天、汽车等领域有着广泛应用的前景。
四、堇青石蜂窝陶瓷的改进和发展方向尽管堇青石蜂窝陶瓷具有很多优异的性能，但仍面临着一些挑战。
首先，制备工艺需要进一步改进，提高制备效率和降低成本。
其次，由于蜂窝状结构的复杂性，结构设计和优化也是一个亟待解决的问题。
浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺
2021.03科学技术创新3.2当纳米碳酸钙添加量为9wt .%时,环氧树脂植筋胶的剪切强度达到最大值21.9M Pa ,相对树脂基体提高29.59%。
3.3相对拉伸强度和压缩强度的改善,纳米碳酸钙对剪切强度的提高更为明显,说明纳米碳酸钙对环氧树脂植筋胶的粘接性能有显著影响。
3.4纳米碳酸钙在低添加量时,纳米粒子分散较好,团聚的机会少;填充树脂体系中微间隙,固化时减少收缩率,降低内应力。
当受到外力作用,容易诱发银纹和微裂纹,树脂基体产生屈服,阻碍形成破坏性开裂,起到增韧增强作用。
3.5利用扫描电镜(SEM )对固化物进行断面分析,发现其符合纳米粒子增强增韧的特征,说明纳米碳酸钙填充改性能够有效地提高环氧树脂植筋胶力学性能。
参考文献[1]李娟,刘青,曹佳丽.阻燃环氧树脂研究进展[J].合成树脂及塑料,2016,33(6):76-80.[2]陈兵,王晓洁,王喜占.环氧树脂增韧改性研究进展[J].中国胶黏剂,2017,26(2):55-58.[3]何发达,粟时平,付航,周路平.环氧树脂掺杂微纳米氧化物粒子改性研究综述[J].高压电器,2020,56(3):94-103.[4]李贝贝,曹新鑫,王凯歌,菅珂婕,何小芳.环氧树脂的增强改性研究进展[J].热固性树脂,2019,34(5):63-69.[5]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.[6]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[7]刁润丽,张晓丽.纳米碳酸钙的表面改性研究进展矿产保护与利用[J].2018,1:146-150.[8]曹璐.环氧树脂增韧研究进展[J].中国胶粘剂,2019,28(5):49-53.[9]张瑞珠,贾新杰,李林杰,王重洋,环氧树脂的增韧研究进展[J].化工新型材料,2018,46(9):21-24.[10]袁智慧,牛永平,汪小伟.环氧树脂增韧机理及研究进展[J].热固性树脂,2019,34(6):65-70.[11]马纪翔,邹本久,蒋安伸.纳米材料改性环氧树脂的研究进展[J].广东化工,2019,46(9):160-161.浅谈粉煤灰制堇青石陶瓷工艺金震楠羊新伟娄炎群周文(浙江浙能催化剂技术有限公司,浙江宁波315612)粉煤灰为火力发电厂排放的固体废弃物,其主要成分为A l 2O 3和SiO 2。
高性能堇青石_莫来石棚板的研制
成陶瓷产品一级品率提不上去 ,能耗一般均 又只承受瓷件的压力 ,所以其使用环境比第
比国外高 8～10 倍的落后现状[1 ] 。自 1991 二类窑具要好得多 。
年起 ,中国建筑材料科学研究院选用国产优
在这些窑具中 ,棚板面积大 ,厚度薄 ,无
质耐火原料 ,进行了新型节能窑具耐火制品 论是生产 ,还是使用它最具代表性 ,所以在
SiO2 53. 09 51. 27 54. 62
选择 1 # 、2 # 两组配方 , 烧制 105mm ×
150mm ×25mm 的棚板试样 ,2 # 试样的制备
工艺流程如下 :
高添 粘水 球质
铝加
结溶
磨料
41 测试结果
4. 1 试样化学组成 1 # 、2 # 、3 # (德国布尔通公司的棚板) 主
态抗折强度 。
4. 3 气孔分布
1 # 、2 # 、3 # 试样由压汞测孔仪测孔 ,根据
孔径的大小 ,把气孔分为大孔 、中孔 、小孔 、微
孔 ,孔分布率见表 4 。
表 4 不同孔径的气孔分布率
孔型
大孔 中孔 小孔 微孔
孔径
(μm)
> 5. 8 5. 8～1. 8 1. 8～0. 58
< 0. 58
度低 ,主要承受压力的载荷 ,只要达到低蓄热 有 :烧结粘土熟料 、镁质粘土 、工业铝氧等 ,其
的目的即可 。第二类窑具直接与火焰接触 , 化学组成见表 1 。
使用环境温度高 ,棚板 、横梁不仅承受压力的
表 1 主要原料化学组成表
原料 烧结粘土熟料 镁质粘土 结合粘土 工业铝氧
SiO2 54. 52 61. 40 49. 18 0. 16
大于1770成型烧成al2o3sio2三者之间的比例见表本试验采用了基质经球磨细碎湿法混料等工艺试样在电炉中烧成试样主要化学成份组成10441000结时生成堇青石相提高棚板的抗热震稳定31试验过程选择105mm150mm25mm的棚板试样试样的制备工艺流程如下41测试结果性能测试结果各项性能测度结果见表烧结粘土熟料混合混合过筛各项性能测试结果保持率试样制成25mm25mm150mm将试条放入1100的电炉中保温20分钟后迅速取出强制风冷分钟再入炉如此循环10气孔大都集中分布在中孔小孔和微孔占的比例很小试样大孔的孔隙率为52显微结构在偏光显微镜和反光显微镜下对各试样进行了显微结构观察观察照片见图可以看到其共同点和不同点根据孔径的大小把气孔分为大孔孔型孔径297338小孔58141429微孔1310试样体积密度常温抗折强度pa1200pa荷重软1100?风冷12009115641320138016619019671583140046127280042583187111806365试样mgoal2o3sio279401253784194514239965462硅酸盐通报1997试样反光放大100试样偏光放大160烧结粘土熟料中莫来石的晶形呈纤维针状平行交叉生长互相穿插交错叠加生长
堇青石基微晶玻璃添加剂作用
一、氧化物添加剂[1]Journal of Non-Crystalline Solids 286(2001) 51-57[2]Journal of Non-Crystalline Solids 219(1997) 219-227[3]Journal of American Ceramics Society 83(5) (2000) 1259-1265[4]Journal of Ceramics International 24(1998) 139-144二、稀土氧化物添加（氧化铈）1. 添加氧化铈能够明显抑制μ-堇青石相的形成和促进μ-堇青石向α-堇青石的转变。
氧化铈的加入降低了微晶玻璃的烧结活化能和堇青石微晶玻璃的烧结温度,添加氧化铈质量分数为4%的微晶玻璃的μ-堇青石转变为α-堇青石的最低温度约为900℃,此时烧结样品几乎完全致密化,但氧化铈加入量太多将会阻止微晶玻璃的烧结和晶化。
微晶玻璃的抗折强度随氧化铈含量的增加而增加,当氧化铈为4%时样品的抗折强度达到最大值。
微晶玻璃的热膨胀系数随着氧化铈含量的增加变化不大。
（陈国华刘心宇，硅酸盐学报，2004年05期）2. 由氧化物粉末(MgO、Al2O3和SiO2)制备堇青石陶瓷时,添加CeO2在1370℃烧结3h,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。
随CeO2含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。
适量添加CeO2(质量分数为0.02～0.04),显著降低中间相(方石英、尖晶石)的含量。
CeO2的作用主要与改变Si4+、Al3+和Mg2+离子的扩散有关。
（史志铭，等，清华大学学报(自然科学版)，2001年10期）3. 添加稀土氧化铈的微晶玻璃的极化机理表现为空间电荷极化.介电性能的温度特性说明,添加稀土氧化铈的微晶玻璃样品介电损耗随温度的增加而增加,介电常数随温度的增加基本不变。
（陈国华刘心宇，压电与声光，2005 V ol.27 No.3）4. 稀土氧化铈对CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统玻璃陶瓷晶化及性能的影响:添加适量的氧化铈有利于改善玻璃液的澄清效果,消除气泡,使玻璃结构紧凑,材料力学性能和耐碱性均有所提高。
堇青石蜂窝陶瓷载体参数
堇青石蜂窝陶瓷载体参数堇青石蜂窝陶瓷载体是一种新型的高性能陶瓷材料，具有良好的载体特性和热稳定性，广泛应用于汽车尾气净化领域。
本文将从堇青石蜂窝陶瓷载体的结构、性能参数、制备工艺和应用领域等方面进行综述。
堇青石蜂窝陶瓷载体一般由堇青石粉末和其它辅料通过一系列的筛分、混合、成型、烧结等工艺步骤制备而成。
其结构呈蜂窝状，具有大量的孔隙和表面积，能够有效地提高催化剂的接触率和反应效率。
此外，堇青石本身具有优异的化学稳定性和耐高温性能，使其在高温下依然能保持良好的结构稳定性。
堇青石蜂窝陶瓷载体的主要性能参数包括孔隙率、比表面积、孔径分布、力学性能等。
其中，孔隙率是指载体内部孔隙的体积所占的比例，通常在50%以上。
比表面积则反映了载体的表面活性，一般在50-150m2/g之间。
孔径分布是指载体孔隙的大小分布，影响着催化剂颗粒的进出和扩散性能。
力学性能则代表了载体的强度和耐磨性，能够直接影响催化器的使用寿命和稳定性。
制备工艺是影响堇青石蜂窝陶瓷载体性能的关键因素之一。
选择合适的原料、添加适量的粘结剂和助剂、优化成型工艺和烧结工艺，能够有效地提高载体的孔隙率和力学性能。
此外，采用合适的后处理工艺，能够改善载体的表面性质和传质性能，从而提高催化器的活性和稳定性。
堇青石蜂窝陶瓷载体主要应用于汽车尾气净化领域，作为三元催化转化器和柴油颗粒捕集器的载体。
其优异的热稳定性和化学稳定性，能够在高温和腐蚀性气氛下保持良好的性能，从而有效地净化汽车尾气中的有害气体和颗粒物。
此外，堇青石蜂窝陶瓷载体还可以应用于工业废气处理、生物质燃烧等领域，具有广阔的应用前景。
综上所述，堇青石蜂窝陶瓷载体具有独特的结构和优异的性能参数，是一种理想的高性能陶瓷材料。
通过优化制备工艺和广泛应用于汽车尾气净化等领域，将能够充分发挥其在环保和能源领域的重要作用，为促进可持续发展做出贡献。
影响堇青石合成的因素分析
１ 原料
１． １ 原料种类 滑石的替代原料有 ： 绿泥石 、 蛇纹石 、 镁质粘土 、 氢氧 化镁 、 菱镁矿等 。 高岭土的替代原 料 有 ： 非 板 状 高 岭 土、 多 水 高 岭 土、 煤矸石行高岭土等 。 氧化铝的替代原料有 ： 氢氧化铝 、 铝矾土等 。 ） 合成堇青石常用原料组合以及不同含镁质原料合 １ 成堇青石对比见表 １， 表 ２。 ） （ 采用滑石 、 多 水 高 岭 土、 ２ Ａ ｌ ＯＨ） ｌ ３ 和 Ａ ２Ｏ ３ 制成 （ 的堇青石比采用滑石 、 板状 高 岭 土 、 制 Ａ ｌ ＯＨ） Ａ ｌ ３（ ２Ｏ ３） 成的堇 青 石 热 膨 胀 系 数 要 低 ， 可 达 到 １． ０×１ ０ ／℃ 以
－６ （ ） ／℃ 。 为： ０． ６～０． ７ ×１ ０
弯曲强度较小 ， 所以热 膨 胀 系 数 也 较 小 ； 滑 石、 高岭土在 合成堇青石的坯体弯曲强度提 １ ０ ０ ０℃ 预 煅 烧 ５ｈ 后 ， 高， 同时热膨胀系数也增大 。 在使用烧滑石时 ， 合成堇青 石的粗气孔率会增加 。 ） 随着高岭土的研磨时间的增加 ， 其粒径变小 ， 弯曲 ２ 强度也会提高 ， 热膨胀系数增大 。 当滑石粒径较大时 ， 合 成堇青石的热膨胀系数较小 。 配合 料 粉 碎 时 间 ： 粉碎时间为２ 合成堇青石 ４ｈ 时 ， 有残留气孔 ； 合成温度为１ 开口气孔 ２ｈ 时 ， ２ ５ ０ ℃， ＞７ 合成温度为 １ 吸水率 率为 ０； ２ ０ｈ 时 ， ３ ０ ０～１ ３ ５ ０℃ ， ＞１ 热膨胀系数增大 ， 抗弯强度为 １ 和气孔率近于 ０， ３ ０～１ ５ ０ 。 高岭土 、 块滑石在 １ 湿 法 粉 碎， 高 ＭＰ ａ ０ ０ ０℃ 预烧 ３ｈ， 滑石的平均粒径为２． 岭土平均粒径为２． ０μ ｍ， ３μ ｍ。 采 用滑石 、 高岭土 、 滑石的 －Ａ ｌ α ２Ｏ ３ 配合物合成堇青石时 ， 粒径越大 ， 残留 的 未 反 应 的 滑 石 量 就 越 多 。 合 成 料 在 １ 生成的熔融物在冷却物中 ３ ２ ５℃ 与 Ａ ｌ ３ ０ ０～１ ２Ｏ ３ 共 熔， 吸收基质后形成了和滑石粒径大小差不多的气孔 。 堇青石合成体中的平均气孔孔径与滑石的平均粒径 液相经过相关的烧结反应过程时 ， 有关 。 合成温度越高 ， 由滑石熔融形成的液 相 行 为 越 复 杂 ， 从而影响气孔孔径 的分布 。 当滑石的粒径 大 于 高 岭 土 的 粒 径 时 ， 会产生向 由高岭土组成的基质 部 的 液 相 移 动 ， 在烧结体中形成闭 气孔 。 滑石的粒径越小 ， 烧结体中气孔的孔径越小 ， 烧结体 的强度会缓慢增大 。 此外 ， 将滑石粉碎到亚微级 ， 堇青石 的生成温度降低 ， 烧结 体 组 织 致 密 化 ， 气 孔 率 减 少， 抗弯 强度增大 。 １． ３ 原料的纯度 滑石中 的 Ｃ ａ Ｏ 对堇青石的影响较大， １． ５％ 的 Ｃ ａ Ｏ 可使其液相温度降低 ４ 高岭 土 中 的 Ｋ ０℃ ， ａ ２Ｏ＋Ｎ ２Ｏ 也
制备方法对Ru／CeO2催化剂结构和性能的影响
林 建 新 张 留 明 王 榕 倪 军 魏 可镁
（ 州 大 学化 肥催 化 剂 国 家工程研 究 中心 ， 州 ３ ０ ０ ） 福 福 ５０ ２
摘 要 ：以 ＫＲ Ｏ 和 Ｃ （ Ｏ）为 原 料 ， 用 物 质 的氧 化 还 原 特 性 制 备 了 Ｒ ／ｅ 合成 催 化 剂 ， 运 用 Ｎ 物 理 吸 附 、 射 线 衍 射 ｕ ｅＮ ３ 利 ｕＣ Ｏ 氨 并 ： Ｘ
为 Ｃ “． 加入 ４ Ｌ乙醇 （Ｒ． ｅ 再 ０ｍ Ａ 国药 集 团 化学 试 剂
有 限公 司１ 为溶 剂 和还 原 剂 ， 混 合溶 液 为 Ａ 液 ． 作 此
其余 制备 同上 。得到 Ｒ ／ｅ Ｒ Ｐ催化 剂 ｕＣ Ｏ（ Ｃ ） Ｅ
１１ 改 性 沉淀 沉积 法（ Ｐ ．． ４ ＭＤ １ 将 Ｃ ｆ ０ ６ （ Ｒ， ｅＮ ・Ｈ Ｏ Ａ 国药 集 团化 学 试 剂 有 限 公 司１ 解在 ８ 的去 离 子水 中 ， 溶 Ｏｍｌ 加入 ３ ％的 Ｈ，， ０ Ｏ 使 Ｃ ３ 全 转变 为 Ｃ “ 在 室温 搅拌 下 滴 加沉 淀 剂 ｅ完 ＋ ｅ
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ISSN 100020054CN 1122223 N清华大学学报(自然科学版J T singhua U niv (Sci &Tech ,2001年第41卷第10期2001,V o l .41,N o .101 33124CeO 2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响史志铭,梁开明,顾守仁(清华大学材料科学与工程系,教育部先进材料重点实验室,北京100084收稿日期:2000205217作者简介:史志铭(19642,男(汉,内蒙古,副教授。
摘要:为了获得堇青石含量高且具有一定孔隙率的堇青石质耐火材料,用X 射线衍射仪、扫描电镜和热膨胀仪等手段研究了由氧化物粉末(M gO 、A l 2O 3和Si O 2制备堇青石陶瓷时,添加CeO 2对堇青石陶瓷相组成和性能的影响,分析了CeO 2在烧结过程中的作用机理。
试验表明,在1370℃烧结3h ,该陶瓷由堇青石和孤立分布的玻璃相组成。
随CeO 2含量增加,陶瓷的致密度、弯曲强度和热膨胀系数逐渐升高。
适量添加CeO 2(质量分数为0.02~0.04,显著降低中间相(方石英、尖晶石的含量。
CeO 2的作用主要与改变Si 4+、A l 3+和M g 2+离子的扩散有关。
这种工艺特别适用于制造窑具、高温气体过滤器等部件。
关键词:堇青石;二氧化铈;烧结;性能;多孔陶瓷中图分类号:TQ 174.75文章编号:100020054(20011020001204文献标识码:AEffects of CeO 2on the pha se com ponen ts and properties of cord ier ite ceram icsS HI Zhi m ing ,L I A NG Ka i m ing ,GU S houre n(Key Laboratory of Advanced M ater i als ,the M i n istry of Education ,D epart men t of M ater i als Sc ience and Eng i neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Chi naAbstract :CeO 2is used as an additive in the sintering of co rdierite ceram ic to obtain ceram ics w ith h igh ly amounts of co rdierite and to decrease the sintering temperature .In the p resent wo rk,theco rdierite ceram ics w ere p repared w ith pow der sintering m ethod .T he effects of CeO 2on the phase components and p roperties w ere studied using X 2ray diffractom eter,scanning electronic m icro scope and ther m al 2m echanical dilatom eter .T he m echanis m of CeO 2insintering is also discussed .W hen sintered at 1370℃fo r 3h,the ceram ics are compo sed of co rdierite and iso lated glass phase .T he density,bending strength and ther m al expansi on coefficient increase w ith increasing CeO 2content .T he ceram ic added0.02~0.04(m ass fracti on of CeO 2is suitable fo r fabricating po rous assem blies,such as filters fo r h igh temperature stream s andcatalytic suppo rts fo r purifying veh icle exhaust .T he acti on of CeO 2is associated w ith the modificati on of cati on diffusi on in the sintering p rocess .Key words :co rdierite;cerium oxide;sintering;p roperty;po rousceram ic窑具、汽车尾气净化器、高温金属、非金属熔体过滤器等部件服役于温度变化激烈的场合。
为了满足热震性的要求,其材料必须具有较低的热膨胀系数和较高的机械强度。
堇青石(M g 2A l 4Si 5O 18在氧化物陶瓷中具有较低的热膨胀系数[1],是这类部件的首选材料。
化学计量成分的堇青石陶瓷,由于制备时所需的烧结温度高,成品孔隙率高,因此经常被用于制备多孔陶瓷及耐火材料。
但是,陶瓷中堇青石含量低,常常残留象石英、尖晶石和莫来石等未转变完全的晶相。
由于它们的热膨胀系数远高于堇青石,对陶瓷的热震性能损害很大。
所以,如果能够通过添加烧结助剂的方法,提高堇青石陶瓷的烧成速度和陶瓷强度,又能够维持它应有的孔隙率,则对制备堇青石陶瓷是非常有益的。
堇青石陶瓷的强度低于其它氧化物陶瓷[2]。
添加莫来石、氧化锆、碳化硅[3~5]等第二相可以改善强度,但是也不同程度地损害了陶瓷的热膨胀性能。
稀土具有较高的化学活性,其氧化物又是非常好的陶瓷烧结助剂。
把适量CeO 2添加到A l N [6]、Zr O 2[7]和SrT i O 3[8]陶瓷中,均起到促进烧结、稳定组织和改善性能的作用。
CeO 2对堇青石陶瓷的烧结性能、力学性能和热性能的影响是本文研究的重点问题。
1研究方法采用化学分析纯的氧化物粉末按化学计量成份的堇青石(A l 2O 3、M gO 和Si O 2的质量分数w 分别为0.349、0.138和0.513配比,分别加入w 为0.02、0.04、0.06、0.08和0.10的CeO 2,在球磨机上湿磨6h 后烘干。
试样采用70M Pa 单向应力半干压成型。
采用R IGA KU D m ax 22400X 型X 射线衍射仪(XRD 进行成品的相分析。
采用CuK Α靶,电流(c及其它未标强峰:Α2堇青石,s:尖晶石;+:方石英图1添加不同量Ce O2的陶瓷的相组成40mA,电压120KV,扫描速度4(° m in。
用附带能谱仪(ED S的CS M950型扫描电镜(SE M做试样的表面形貌观察和相鉴定。
试样表面经机械抛光后喷金处理。
弯曲强度采用三点弯曲试样(4mm×3 mm×30mm,加载速度为1.5mm m in。
用SETA RAM2TM A92型热分析仪分析陶瓷试样的热膨胀过程,升温速度为10℃ m in,氩气气氛保护。
2试验结果2.1Ce O2对堇青石陶瓷相组成的影响在1370℃烧结3h,各试样的相组成如图1所示。
CeO2的质量分数w分别为0和0.02的试样仍残留尖晶石和方石英。
但加入w为0.02的CeO2时,残留石英的比例下降。
当CeO2的质量分数w达到0.04时,中间相几乎全部消失,晶相变成单一Α堇青石。
堇青石主峰的降低实际上是玻璃相形成所致(如图3所示。
此时,CeO2在堇青石中的固溶度达到最大,多余的CeO2熔入液相中。
2.2烧结性能由图2可见,随着CeO2含量的增加,坯体的线收缩率增加,瓷体的孔隙率呈线性降低。
这归结于烧结过程中液相促进收缩而致密的缘故。
添加质量分数w为0.04的CeO2时,孔隙率仍然有20%以上。
孔隙率的变化与用扫描电镜观察到的陶瓷表面形貌(图3相吻合。
随着CeO2含量的增加,表面的连通孔转变成封闭的圆孔,而且比例下降。
在图3b,d的背散射形貌相中,白色相就是富集Ce的玻璃相,呈孤立分布。
可见,随CeO2含量的增高,玻璃相比例逐渐增加。
但对堇青石基体的隔离程度不大。
图2Ce O2对堇青石陶瓷孔隙率(∆和烧结线收缩量(Ε的关系2.3抗弯强度及热膨胀性能图4反映了CeO2对陶瓷弯曲强度的影响。
弯曲强度随CeO2含量的增加而增加。
这主要是由于液相引起的瓷体致密化的作用。
表1是根据热膨胀曲线计算得到的在20~ 800℃温度范围内各试样的平均线性热膨胀系数。
热膨胀系数随着CeO2含量的增加而增加的主要原2清华大学学报(自然科学版2001,41(10(a,c为二次电子相;b,d为背散射电子相图3添加不同含量Ce O2的陶瓷的扫描电镜照片图4Ce O2添加对陶瓷弯曲强度的影响因有:1堇青石玻璃相的热膨胀系数高于堇青石晶体;2Ce在堇青石晶体中的微量固溶,导致Α堇青石(六方结构晶体中六元环之间的八面体在受热时沿c轴的收缩量减小。
两个因素综合作用造成堇青石陶瓷的热膨胀系数增加幅度并不大。
表1添加Ce O2后堇青石陶瓷的热膨胀系数w(CeO2热膨胀系数Α×1060.001.800.022.000.042.280.103.18从上面对陶瓷的相结构和几种性能的分析可以看出,添加质量分数为0.04的CeO2,由于降低陶瓷的烧结温度,促进了堇青石相的形成,所以在1370℃烧结基本上消除了中间相,晶相变成单一Α堇青石,而玻璃相的含量仍较低。
陶瓷的弯曲强度有所增加。
热膨胀系数的增加幅度不大,与文[2,3]报道的添加莫来石和氧化锆的影响相近。
3史志铭,等:CeO2对堇青石陶瓷的相组成和性能的影响3关于CeO2作用机理的讨论由氧化物粉末烧结堇青石陶瓷的物理化学过程可表述为:1通过早期的固态扩散,当M g2+和A l3+在Si O2中达到极限固溶时,就发生向堇青石的转变。
2液相出现后,Α堇青石形成的方式转变为由液相直接结晶。
在上述过程中,CeO2影响了Si4+、A l3+和M g2+离子的扩散行为。
众所周知,阳离子的电场强度(Z r2,Z代表阳离子的电价数,r代表阳离子半径表示它对阴离子引力的强弱程度[11]。
根据文[12]中相关阳离子的基本物理性能计算的电场强度,如表2所示。
同在6配位的情况下, Ce4+的Z r2值高于M g2+但低于A l3+和Si4+。
当组成M gO2A l2O32Si O22CeO2系统时,Ce4+会吸引M gO、A l2O3中的O2-离子而减弱M g—O和A l—O 的键力,所以,在固态下就容易形成尖晶石。