先进陶瓷材料课程设计
第三章 数据分析
3.1 烧结温度对石英砂多孔砖性能影响
烧成是使成型的坯体在高温作用下致密化，完成预期的反应，达到所要求的物理化学性能的全过程。在研究烧成温度的过程中，石英砂含量为75％，高岭土为20％，辅助剂为5％，保温时间为1h。
1.41密度(g/cm3)1.381.351.321.291.261040106010801100烧结温度(℃)112011401160
图3-1真空烧结温度对密度的影响
由图3-1、图3-2、图3-3可以看出，在1100℃温度前，石英砂多孔砖的密度随着烧结温度的升高而增加，而气孔率和抗压强度则相反。当烧结温度超过1100℃温度时，石英砂多孔砖的密度随烧结温度的升高而降低，气孔率和抗压强度则随烧结温度的升高而升高。通过图的分析推断:随着烧结温度的升高，坯体中原料开始熔融,砖体中的液相相继产生[16]，在烧结初期，由于温度相对后期较低，故此液相的粘度较大,不能向空隙四周流动；又由于液相的表面张力作用存在，液相就只能够粘附在孔隙壁上，使空隙的孔径变小，出现欠烧显微结构.随着温度继续升高，液相也继续增多，等到液相流动的能力能够克服液相的表面张力时，液相向四处流动，去填充砖体中的剩余空隙，减少砖体的气孔率，增加砖体的致密度；因此,随着温度的一定量升高，砖体中的气孔率减少且剩余孔洞的孔径变小。但随着烧结温度的进一步升高，从坯体中原料所熔融的液相大大增多，使得有些被包裹在液体中的气体，在温度高到一定程度时，有些气泡膨胀放出，使得砖体表面出现开口气孔，如果没有放出，由于它的膨胀，会挤大它所占的位置，当砖体冷却时，由于玻璃相的缘故，将其所占空间固定下来而留下较大的孔洞，这样就使得砖体致密度又变小，出现过烧显微结构[17]。如图3-4
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所示，烧结温度1050℃时，石英砂多孔砖的气孔多且大；随温度的升高，气孔减少且变小。烧结温度上升到1150℃时，因产生过多的玻璃相，砖体表面基本看不到气孔。
5251气孔率(%)50494847461040106010801100烧结温度(℃)112011401160
图3-2真空烧结温度对气孔率的影响
3.532.521.510.501040抗压强度(MPa)106010801100烧结温度(℃)112011401160
图3-3真空烧结温度对抗压强度的影响
结合图3-1、图3-2、图3-3可知，抗压强度的变化与气孔率变化相同，与密度变化相反。由于温度升高，进一步促进坯体液相烧结。待坯体冷却进程中析出更多的玻璃相，其力学呈脆性，因此抗压强度下降。因为在微气孔过多的时候，如图3-11(a),裂纹在延伸的方向遇到的气孔会发生间断，而产生新裂纹需要更大的压力。因此，气孔率大，抗压强度大，而密度小；反之则抗压强度小，而密度大。
由图3-5可以看到，烧结温度在1050℃时砖体能保持完好的外形；温度升高，砖体的外形发生一些改变。温度上升到1150℃时，砖体发生较大的变化，由一圆形柱体变成椭圆形柱体。
因此, 烧结温度为1050℃，可以制备得到密度为1.267g/cm3，气孔率为51.6%，抗压强度为3.184MPa的多孔砖，且气孔较小，分布较均匀。综合性能，为了得到一个最好的结合点，砖体的烧结温度为1050℃.
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(a) 1050℃ (b) 1100℃
(c) 1150℃
图3-4真空烧结温度对表面孔结构的影响
(a) 1050℃ (b) 1100℃
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(c) 1150℃
图3-5 烧结温度对石英砂多孔砖影响
3.2烧结方式对石英砂多孔砖性能影响
1.5密度(g/cm3)1.20.90.60.301烧结方式2
图3-6烧结方式对密度的影响 (1－真空烧结，2－常压烧结)
图3-6、图3-7、图3-8都是在烧结温度为1100℃，保温时间1h而得出的性能。从图中可以看出，石英砂多孔砖采用真空烧结的密度和抗压强度要比常压烧结的要高，气孔率相反。通过图的分析推断:石英砂多孔砖用真空烧结的方式强度和密度都要高。是由于：真空可以改善液相烧结的润湿性，有利于改善组织；真空有利于排除吸附气体，对促进烧结作用明显
[18]
。如将坯体在真空条件下烧结，则所有气体在坯体尚未完全烧结前就会从气孔中逸
出，使制品不含气孔，从而提高制品的致密度。真空烧结可以克服各种形式吸附气体杂质造成的组织缺陷。真空热压既是无氧烧结,又无还原气氛的典型的中性烧结,而且对表面已氧化的金属又有还原作用(低价金属氧化物更明显)。其还原作用的产生需要比氧化物离解压还要低的真空度,从而进一步改善液相对固相的润湿能力,促进了坯体的液相烧结。真空热压烧结可以使产品无氧化、低孔隙、少杂质、促进烧结,从而提高产品的综合性能[19]。
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8070气孔率(%)60504030201烧结方式2
图3-7烧结方式对气孔率的影响 (1－真空烧结，2－常压烧结)
1抗压强度(MPa)0.80.60.40.201烧结方式2
图3-8烧结方式对抗压强度的影响 (1－真空烧结，2－常压烧结)
因此，真空烧结的气孔率要明显比常压烧结的小，密度和抗压强度则要比常压烧结的要高。
从图3-9、图3-10可以看出，真空烧结的表面要比常压烧结的表面更加致密，真空烧结表面孔结构的排列比常压烧结的紧凑。而在真空烧结过程中，石墨气化主要生成具有还原性的CO气体，根据气体还原固体氧化物的机理，气体还原剂首先被氧化物吸附，然后与之相互作用产生新相，最后新相从固体表面解吸。所以由于真空烧结的特性，吸附和解吸的速度比常压下气体还原固体氧化物都要迅速[20]。因此，在相同的条件下，真空烧结更有利于液相烧结，降低烧结温度。
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