。502 北京科技大学学报 第32卷 孔率的影响恰恰相反，随着复合添加剂加入量的提 图6为制备的堇青石砖的照片.可以看出制备 高其显气孔率逐渐增大. 的试样形貌规整尺寸可控.XRD分析结果显示，其 综上所述，在满足较好强度和较高显气孔率的 为高纯堇青石材料，表明以煤矸石和用后耐火材料 前提下，多孔堇青石材料制备的最佳条件是：合成温 为原料，可以工业化大规模生产多孔堇青石材料. 度1350℃复合添加剂加入量20%.实验进一步测 为比较多孔堇青石陶瓷砖与实验室试样的差别，进 定了最佳参数下合成多孔堇青石材料的热膨胀系数 一步测定了多孔堇青石砖的性能，如表3所示. 和荷重软化点.结果表明：热膨胀系数为214× 106K;根据YB/T20031998标准，当形变点为 0.6%时，荷重软化点为1290℃.可以看出多孔陶 瓷具有良好的使用性能 3.4多孔堇青石陶瓷材料的扩大实验 工业化生产多孔堇青石材料需要放大实验结 9101112 果.为获得更可靠的依据，实验在小尺寸试样制备 的基础上，在研究的最佳条件下，制备120mm 20m20m的大尺寸多孔堇青石试样砖，进行试 图6革青石砖照片 样合成与性能的分析. F6 Phorgraph of a cordierite birck 表3不同尺寸试样的性能 Tab le3 Properties of specm ens with different sizes 试样 尺寸 抗折强度/MPa 显气孔率% 热膨胀系数/K1 荷重软化点℃ 多孔试样 47mmX6m义6mm 17.6 449 214×10-6 1290 多孔砖 120 mmx 20 mmx 20 mm 10.9 49.4 210×10-6 1278 从表3可以看出：不同尺寸下试样的热膨胀系 (3)复合添加剂加入量为20%时，在1350℃ 数和荷重软化点相差较小，多孔砖具有较高的显气 保温3h条件下合成的材料的抗折强度为17.6MP? 孔率值，这将有利于材料抗热震性能的提高，有利于 显气孔率为449%，热膨胀系数为214×106K, 在高温条件下使用.与小尺寸试样相比，其强度较 荷重软化点为1290℃且显微形貌表明气孔分布均 低(10.9MP.分析其原因，多孔砖尺寸较大，高温 匀贯通，具有较好的高温使用性能 条件下扩散烧结不像小尺寸试样那样快速均匀，因 (4)大尺寸多孔堇青石砖形貌规整，抗折强度 此其强度有所降低，但作为高温匣钵或窑具使用，可 为10.9MP显气孔率为49.4%.热膨胀系数为 完全满足要求， 210×106K,荷重软化点为1278℃综合性能 综合以上研究结果表明，采用煤矸石和用后耐 良好，满足高温匣钵或窑具使用要求. 火材料为原料，在合适的参数条件下可以合成多孔 参考文献 堇青石材料，并可应用于工业化生产高性能的多孔 [I]ZhangX B Ren X J W ag SL et al Preparation ad character 堇青石砖 iza tion of porous cordie rite ce rm ics from FLY ash J Chin Ceram 4结论 S9200634(24247 (张学斌任样军，王松林等.革青石多孔陶瓷的制备与性能 (1)采用煤矸石、用后耐火材料和不同造孔剂 表征.硅酸盐学报。200634(2：247) Liu H Sun W Tan W Q et al AlPlicatins and pospects of (石墨、淀粉或复合添加剂)河以合成堇青石多孔材 poous ceram ics ma ter]Min Meall Eng 2003 23(6):69 料.造孔剂种类对材料性能的影响较大；综合分析 刘辉孙伟，覃文庆，等.多孔陶瓷材料的应用及发展前景 表明，复合添加剂为最佳造孔剂 矿治工程200323(6,69) (2)堇青石多孔材料的较佳合成参数为：复合 3]ZengLK W ang H LuOMH et aj PmcticalTechniques of Por ousCerm is Beijing Chemial Industry Press 2006 127 添加剂加入量15%~25%，合成温度1350~ (增令可，王慧.罗民华，等.多孔陶瓷实用技术.北京：化学工 1400℃，保温时间3~6h在此条件下可以制备出 业出版社，2006127) 纯度高、性能优异的堇青石材料. [4 Xu XH Wu JF Si SZ et al Study on synthesiang cordierite北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 孔率的影响恰恰相反, 随着复合添加剂加入量的提 高其显气孔率逐渐增大. 综上所述 , 在满足较好强度和较高显气孔率的 前提下 ,多孔堇青石材料制备的最佳条件是:合成温 度 1 350 ℃, 复合添加剂加入量 20%.实验进一步测 定了最佳参数下合成多孔堇青石材料的热膨胀系数 和荷重软化点.结果表明 :热膨胀系数为 2.14 × 10 -6 K -1;根据 YB/T2003— 1998标准, 当形变点为 0.6%时 ,荷重软化点为 1 290 ℃.可以看出多孔陶 瓷具有良好的使用性能. 3.4 多孔堇青石陶瓷材料的扩大实验 工业化生产多孔堇青石材料需要放大实验结 果 .为获得更可靠的依据 , 实验在小尺寸试样制备 的基础上 , 在研究的最佳条件下 , 制备 120 mm× 20 mm×20 mm的大尺寸多孔堇青石试样砖, 进行试 样合成与性能的分析 . 图 6为制备的堇青石砖的照片.可以看出制备 的试样形貌规整,尺寸可控.XRD分析结果显示 ,其 为高纯堇青石材料 ,表明以煤矸石和用后耐火材料 为原料,可以工业化大规模生产多孔堇青石材料. 为比较多孔堇青石陶瓷砖与实验室试样的差别, 进 一步测定了多孔堇青石砖的性能 ,如表 3所示. 图 6 堇青石砖照片 Fig.6 Photographofacordieritebirck 表 3 不同尺寸试样的性能 Table3 Propertiesofspecimenswithdifferentsizes 试样 尺寸 抗折强度 /MPa 显气孔率 /% 热膨胀系数 /K-1 荷重软化点 /℃ 多孔试样 47mm×6mm×6mm 17.6 44.9 2.14 ×10 -6 1 290 多孔砖 120mm×20mm×20mm 10.9 49.4 2.10 ×10 -6 1 278 从表 3可以看出:不同尺寸下试样的热膨胀系 数和荷重软化点相差较小 , 多孔砖具有较高的显气 孔率值 ,这将有利于材料抗热震性能的提高,有利于 在高温条件下使用.与小尺寸试样相比 ,其强度较 低 (10.9 MPa).分析其原因,多孔砖尺寸较大, 高温 条件下扩散烧结不像小尺寸试样那样快速均匀 ,因 此其强度有所降低,但作为高温匣钵或窑具使用,可 完全满足要求. 综合以上研究结果表明 ,采用煤矸石和用后耐 火材料为原料,在合适的参数条件下可以合成多孔 堇青石材料 ,并可应用于工业化生产高性能的多孔 堇青石砖. 4 结论 (1)采用煤矸石、用后耐火材料和不同造孔剂 (石墨、淀粉或复合添加剂 )可以合成堇青石多孔材 料 .造孔剂种类对材料性能的影响较大 ;综合分析 表明, 复合添加剂为最佳造孔剂 . (2)堇青石多孔材料的较佳合成参数为 :复合 添加 剂 加 入量 15% ～ 25%, 合 成 温度 1 350 ～ 1 400℃,保温时间 3 ～ 6 h, 在此条件下可以制备出 纯度高 、性能优异的堇青石材料 . (3)复合添加剂加入量为 20%时 , 在 1 350 ℃ 保温 3 h条件下合成的材料的抗折强度为17.6 MPa, 显气孔率为 44.9%,热膨胀系数为 2.14 ×10 -6 K -1 , 荷重软化点为 1 290 ℃, 且显微形貌表明气孔分布均 匀贯通,具有较好的高温使用性能 . (4)大尺寸多孔堇青石砖形貌规整 ,抗折强度 为 10.9 MPa, 显气孔率为 49.4%, 热膨胀系数为 2.10 ×10 -6 K -1 , 荷重软化点为 1 278 ℃, 综合性能 良好 ,满足高温匣钵或窑具使用要求. 参 考 文 献 [ 1] ZhangXB, RenXJ, WangSL, etal.Preparationandcharacter￾izationofporouscordieriteceramicsfromFLYash.JChinCeram Soc, 2006, 34(2):247 (张学斌, 任祥军, 王松林, 等.堇青石多孔陶瓷的制备与性能 表征.硅酸盐学报, 2006, 34(2):247) [ 2] LiuH, SunW, TanW Q, etal.Applicationsandprospectsof porousceramicsmaterial.MinMetallEng, 2003, 23(6):69 (刘辉, 孙伟, 覃文庆, 等.多孔陶瓷材料的应用及发展前景. 矿冶工程, 2003, 23(6):69) [ 3] ZengLK, WangH, LuoMH, etal.PracticalTechniquesofPor￾ousCeramics.Beijing:ChemicalIndustryPress, 2006:127 (增令可, 王慧, 罗民华, 等.多孔陶瓷实用技术.北京:化学工 业出版社, 2006:127) [ 4] XuXH, WuJF, SunSZ, etal.Studyonsynthesizingcordierite · 502·