先进陶瓷材料课程设计
箱体、电热元件、调温器、定时器和功率调节开关等构成。其烘箱箱体主要由外壳、中隔层、内胆组成三层结构，在内胆的前后边上形成卷边，以隔断腔体空气；在外层腔体中充填绝缘的膨胀珍珠岩制品，使外壳温度大大减低；同时在门的下面安装弹簧结构，使门始终压紧在门框上，使之有较好的密封性。
图2-2 RHY202-3型烘箱
用硅碳棒作为发热元件的硅碳炉为本文烧结实验设备，如图2-3所示，具有大惯性、大滞后、热惯性随时间变化等特点，在控温过程中难以精确建立硅碳炉的数学模型，通常采用模糊控制方法，以便达到预期的控制指标。在硅碳电炉中，除炉膛容量、隔热保温材料的性能是影响电炉性能的重要因素以外，硅碳材料的物理性能也是决定硅碳炉性能的重要因素。
图2-3 SX-8-16型硅碳棒炉
图2-4此产品为真空碳管烧结炉为上海晨华电阻有限公司产品，系为结构陶瓷、功能陶瓷、金属基或陶瓷基复合材料的材料制备反应烧结，也可用于高温成形。最高温度：2400℃，极限真空：10-3Pa，工作区尺寸：120×120mm，额定功率：50KW。
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图2-4 ZT-50-22真空碳管炉
微机控制电子式万能试验机：该设备采用双空间门式结构，上空间拉伸、下空间压缩、弯曲。主机部分由两根导向立柱、上横梁、中横梁、工作台组成落地式框架，调速系统安装在工作台下部。采用高精度、高稳定性的轮辐式拉压应变传感器，配以高精度的测量放大系统，保证了试验力的高精度（如图2-5）。本次实验利用试验机的下空间压缩进行抗压强度测量。
图2-5 WDW-E100D微机控制电子式万能试验机
本文显微结构分析采用的是捷克一家私营有限责任公司研发和生产的扫描电镜，如图2-6所示。在对断口形貌进行观察前先确保断口上没有赃物，并保证试样干燥时，其能够直接观察样品表面的结构，样品的尺寸可大至120×80×50mm；样品制备过程简单，不用切成薄片；可以从各种角度对样品进行观察；景深大，图像富有立体感。图像的放大范围广，分辨率也比较高；电子束对样品的损伤与污染程度小；在观察形貌的同时，还可以用从样品的其他信号作微区成分分析。
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图2-4 TESCAN VEGA Ⅱ型扫描电镜
2.2 实验过程
2. 2. 1 原料的处理
低品位石英砂来源广泛，如河流石英砂，以脉石英为主的铁矿铜矿的尾矿，工业废砂，沙漠石英砂等。本文实验所使用的原料是低品位石英砂，即长江沿岸河沙，其成分如表2-2所示[14]。
表2-2低品位石英砂的化学成分
化学成分 含量（wt%） SiO2 84.21 Al2O3 6.69 CaO 1.47 MgO 1.01 K2O+Na2O等 2.04 烧失量 2.77 合计 98.19 首先进行采矿，对原料低品位石英砂进行粗选，然后用50目的筛进行筛选，剔除河沙中尺寸较大的颗粒，避免影响球磨粉碎效果。
2.2.2 配料
普通多孔材料一般均有国家标准、部颁标准或企业标准。它们规定了对吸水率、抗压强度等的要求，这些要求是设计配料的基本依据。在充分考虑到产品的物理化学性能和使用性能后，按低品位石英砂、高岭土和辅助剂的质量百分含量进行计量，并加入适量水进行混合，置于混料机上混料10h制得所需浆料，备用。混料成分如表2-3所示。
表2-3 混料的成分
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石英砂 75g 高岭土 20g 碳酸钙 4.8g 发泡剂 0.2g 2.2.3 球磨
将处理好的石英砂通过使用行星式球磨机进行球磨：球磨机的转速为200r/min，球比为大球/小球等于0.75，球磨罐中的总质量为100g，球磨10h，然后取样，备用，其颗粒形状复杂，大小不均，粒度范围比较宽。
2.2.4 成形与烧结
石英砂多孔材料制备工艺流程如图2-7所示，具体操作方法如下： （1）.首先秤取原料，加水湿磨，得到浆料。
（2）.将浆料放入烘箱，烘干温度经过30℃、60℃、80℃逐步升高。 （3）.将烘干后的坯料放入炉中进行烧结。
2.2.5 密度与气孔率的测量和计算
测试多孔材料的密度采用公式2-1[15]
???式中：ρ′：多孔材料的体积密度 (g/cm3)
M：干多孔材料试样质量 (g) V：多孔材料试样的体积 (cm3) 测试多孔材料气孔率采用公式2-2
MV (2-1)
????（1－）?100％ (2-2)
?0式中： θ：多孔材料的气孔率 (％)
ρ′：多孔材料的体积密度 (g/cm3) ρ0：实体材料试样的体积密度 (g/cm3)
配方理论密度计算公式：
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?0??石英砂?M石英砂wt％＋?高岭土?M高岭土wt%??碳酸钙?M碳酸钙wt% (2-3)
式中：ρ
石英砂：石英砂的理论密度（2.53g/cm
3
）
ρ高岭土：高岭土的理论密度（2.95g/cm3）
ρ
碳酸钙：碳酸钙的理论密度（2. 71g/cm
3
）
成分配比 发泡剂 混料 料浆 成型 干燥 烧结 成品 测试
图2-7 石英砂孔梯度材料研究工艺流程图
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