第4期 彭等：煤矸石和用后耐火材料合成多孔堇青石 ·501° 图4所示.可以看出，造孔剂种类对材料的影响较 1380 大，试样的强度以加入复合添加剂和石墨的较好，而 ·茧青石 气孔率以加入淀粉和复合添加剂的较好.综合分 1350 ·镁铝尖品石 析，加入复合添加剂后的多孔材料具有较好的综合 性能，其强度为17.6MP显气孔率为44.9%，具有 1320 优异的使用性能.从原料成本而言，三种造孔剂中， 1300 石墨和淀粉的成本较高，而复合添加剂具有较低的 原料成本，因此选择复合添加剂作为造孔剂将是多 20 30 40 50 60 28) 孔堇青石材料的最佳选择 图2不同温度下合成材料的XRD图谱 20 Fig 2 XRD pa ttems of synthe tic materia ls at different tempe ratures 度为1350~1420℃时合成了堇青石材料.可以看 16 46 出，在1350℃合成的堇青石材料具有较高的纯度. 在实验中，当温度超过1420℃后，材料发生过融软 化现象.金文见等研究表明，用煤矸石合成堇青 石的最佳合成温度为1380℃显著高于本实验的 石恩 淀粉 1350℃.分析其原因：一方面由于较多的造孔剂在 造孔剂种类 女合漆加剂 高温下燃烧放出热量，试样内部温度升高，促进了堇 图4加入不同造孔剂后试样的抗折强度和显气孔率 青石在较低温度下的合成：另一方面煤矸石和用后 Fg 4 Fracture strength and porosity of specmens for different pore 耐火材料中含有大量的杂质相，如CQF)在高 crea tng m ate ra Is 温下易形成低熔点化合物促进堇青石的生成，而当 3.3复合添加剂的添加量对多孔堇青石材料性能 温度超过1420℃后内部较多杂质相的存在使得材 的影响 料易发生过融现象，故不利于多孔材料的制备.基 为确定合适的复合添加剂加入量，实验以 于以上分析，合成多孔堇青石材料的合适温度为 109%一30%的复合添加剂为造孔剂，在1350℃保温 1350-1400℃. 3制备多孔堇青石材料，研究加入量对材料性能的 图3是试样G3的断口SM照片.从图中可 影响. 以看出，材料含有大量分布均匀的贯通气孔较好的 图5示出了不同复合添加剂加入量下多孔陶瓷 显微结构分布和形貌将有利于其在高温严苛条件下 的抗折强度和显气孔率.从图中可以看出：复合添 使用. 加剂加入量对多孔材料性能的影响较大，随着复合 添加剂加入量的增大，材料的强度降低，当复合添加 剂加入量为10%时试样强度为269MPa而加入量 为30%时试样强度为0，复合添加剂加入量对显气 30 56 20 49 图3试样G5的断面s五M照片 10 42 Fg 3 SEM micograph of a frac ture surface of sample (M3 35 3.2造孔剂种类对多孔堇青石材料性能的影响 10 152025 0 多孔材料的强度和气孔率是影响其使用性能的 复合造孔剂加入量修 关键.实验分别以石墨、淀粉和复合添加剂为造孔 图5不同复合添加剂加入量下试样的抗折强度和显气孔率 剂咖入量均为20%，在1350℃保温3h哈成多孔 Fg 5 Fracture strength and porosity of spec mens for diffe rent com pound additons 堇青石材料，研究其抗折强度和显气孔率，结果如第 4期 彭 等:煤矸石和用后耐火材料合成多孔堇青石 图 2 不同温度下合成材料的 XRD图谱 Fig.2 XRDpatternsofsyntheticmaterialsatdifferenttemperatures 度为 1 350 ～ 1 420 ℃时合成了堇青石材料.可以看 出 ,在 1 350 ℃合成的堇青石材料具有较高的纯度 . 在实验中,当温度超过 1 420 ℃后, 材料发生过融软 化现象 .金文见等 [ 15] 研究表明, 用煤矸石合成堇青 石的最佳合成温度为 1 380 ℃, 显著高于本实验的 1 350℃.分析其原因:一方面由于较多的造孔剂在 高温下燃烧放出热量 ,试样内部温度升高 ,促进了堇 青石在较低温度下的合成 ;另一方面煤矸石和用后 耐火材料中含有大量的杂质相, 如 CaO、FeO, 在高 温下易形成低熔点化合物促进堇青石的生成 , 而当 温度超过 1 420 ℃后内部较多杂质相的存在使得材 料易发生过融现象, 故不利于多孔材料的制备.基 于以上分析, 合成多孔堇青石材料的合适温度为 1 350 ～ 1 400 ℃. 图 3是试样 GM3的断口 SEM照片 .从图中可 以看出 ,材料含有大量分布均匀的贯通气孔,较好的 显微结构分布和形貌将有利于其在高温严苛条件下 使用. 图 3 试样 GM3的断面 SEM照片 Fig.3 SEMmicrographofafracturesurfaceofsampleGM3 3.2 造孔剂种类对多孔堇青石材料性能的影响 多孔材料的强度和气孔率是影响其使用性能的 关键.实验分别以石墨 、淀粉和复合添加剂为造孔 剂 (加入量均为 20%),在 1 350 ℃保温 3 h合成多孔 堇青石材料 , 研究其抗折强度和显气孔率 , 结果如 图 4所示 .可以看出 , 造孔剂种类对材料的影响较 大, 试样的强度以加入复合添加剂和石墨的较好 ,而 气孔率以加入淀粉和复合添加剂的较好 .综合分 析, 加入复合添加剂后的多孔材料具有较好的综合 性能 ,其强度为 17.6 MPa,显气孔率为 44.9%,具有 优异的使用性能.从原料成本而言 ,三种造孔剂中, 石墨和淀粉的成本较高, 而复合添加剂具有较低的 原料成本 ,因此选择复合添加剂作为造孔剂将是多 孔堇青石材料的最佳选择. 图 4 加入不同造孔剂后试样的抗折强度和显气孔率 Fig.4 Fracturestrengthandporosityofspecimensfordifferentpore￾creatingmaterials 3.3 复合添加剂的添加量对多孔堇青石材料性能 的影响 图 5 不同复合添加剂加入量下试样的抗折强度和显气孔率 Fig.5 Fracturestrengthandporosityofspecimensfordifferentcom￾poundadditions 为确定合适 的复合添 加剂加入量 , 实 验以 10% ～ 30%的复合添加剂为造孔剂 ,在 1 350 ℃保温 3 h制备多孔堇青石材料,研究加入量对材料性能的 影响 . 图 5示出了不同复合添加剂加入量下多孔陶瓷 的抗折强度和显气孔率 .从图中可以看出:复合添 加剂加入量对多孔材料性能的影响较大 ,随着复合 添加剂加入量的增大,材料的强度降低 ,当复合添加 剂加入量为 10%时试样强度为 26.9 MPa, 而加入量 为 30%时试样强度为 0;复合添加剂加入量对显气 · 501·