在多孔陶瓷膜支撑体制备中,煅烧高岭土作为一种重要的助烧剂,能够显著改善陶瓷的烧结性能、微观结构和力学性能。其添加比例和作用机制一直是研究的重点。
煅烧高岭土的添加比例
煅烧高岭土在多孔陶瓷膜支撑体制备中的添加比例对其性能有显著影响。研究表明,当煅烧高岭土的添加量为8%(质量分数)时,能够显著降低烧结温度,同时保持较高的孔隙率和抗折强度。具体而言,以90%的刚玉粉(平均粒径40μm)、2%的烧滑石和8%的煅烧高岭土为原料,经过1510℃煅烧2小时后,制得的多孔陶瓷支撑体具有29%的孔隙率和153.6MPa的抗折强度。
此外,研究还发现,煅烧高岭土的添加量增加会导致多孔陶瓷的孔径降低和抗折强度降低。因此,8%的添加比例被认为是较为理想的平衡点,能够在降低烧结温度的同时,保持支撑体的力学性能和孔隙结构。
煅烧高岭土对陶瓷微观结构的影响
煅烧高岭土在烧结过程中对陶瓷的微观结构有多方面的影响:
1. 促进致密化
煅烧高岭土在烧结过程中能够填充坯体中的气孔,减少气孔率,从而提高陶瓷的致密度。致密度的提高有助于增强陶瓷的机械性能,如硬度和抗压强度。
2. 形成莫来石相
煅烧高岭土在高温下能够与氧化铝等其他陶瓷原料反应,形成莫来石(3Al₂O₃·2SiO₂)晶体。莫来石晶体具有较高的强度和稳定性,能够显著增强陶瓷的力学性能。例如,在添加煅烧高岭土后,陶瓷的抗折强度可达153.6MPa。
3. 改善微观结构
煅烧高岭土的加入能够改善陶瓷的微观结构,使其更加均匀和致密。其颗粒的细腻性和均匀分布有助于减少微观缺陷,提高陶瓷的整体性能。
4. 调节孔隙结构
煅烧高岭土的添加能够调节陶瓷的孔隙结构,增加孔隙率和孔径分布的均匀性。例如,在添加8%煅烧高岭土后,多孔陶瓷的孔隙率达到29%,平均孔径为6.6μm。这种孔隙结构不仅有助于提高陶瓷的过滤性能,还能降低烧结温度。
5. 提高热稳定性
煅烧高岭土的加入能够提高陶瓷的热稳定性,使其在高温环境下保持良好的性能。这主要归因于煅烧高岭土在高温下形成的稳定晶体结构,如莫来石相。
煅烧高岭土的微观结构变化
煅烧高岭土本身的微观结构在烧结过程中也会发生变化。研究表明,煅烧高岭土在高温下会经历脱水、脱羟基等反应,形成偏高岭土等中间相。这些中间相具有较高的活性,能够与其他陶瓷原料发生反应,形成稳定的晶体结构,从而提高陶瓷的整体性能。
例如,高岭土在700℃煅烧2小时后,其片状和管状晶体尺寸变小,颗粒间隙减小,结块增加。这种微观结构的变化有助于提高煅烧高岭土的助烧效果,进一步优化陶瓷的微观结构。
结论
煅烧高岭土在多孔陶瓷膜支撑体制备中具有显著的作用。其添加比例为8%时,能够在降低烧结温度的同时,保持较高的孔隙率和抗折强度。煅烧高岭土通过填充气孔、形成莫来石相、改善微观结构、调节孔隙结构和提高热稳定性,显著提升了陶瓷的性能。未来,随着对煅烧高岭土性能的进一步研究,其在陶瓷领域的应用将更加广泛。