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一步法制备高铝粉煤灰基多孔陶瓷及其微波吸收性能

文献类型:学位论文

作者J. O. AYENI
答辩日期2022-06-01
文献子类硕士
授予单位中国科学院过程工程研究所
导师马淑花
关键词粉煤灰,气化渣,莫来石-氧化铝-碳化硅 复合材料,莫来石-硅铁-碳化硅,电磁波吸收材料 
英文摘要

多孔莫来石-碳化硅复合陶瓷吸波材料,因其具有厚度薄、重量轻、吸收频段宽、吸收强度大而成为近年吸波材料领域研究热点。另一方面,高铝粉煤灰是中国的特色二次资源,年产量约3000万吨,尚未得到合理开发利用。高铝粉煤灰中莫来石含量可高达50%,此外还含有10%刚玉和30%的非晶态、高活性的二氧化硅,极具开发利用价值。为此,本论文基于其化学成分和矿相组成特点,研究开发了一步还原烧结法制备莫来石-氧化铝-碳化硅和莫来石-碳化硅-铁硅合金两种吸波材料新技术,并对烧结反应过程中矿相转化规律、材料的吸波性能以及吸波机理进行了系统研究。论文取得如下创新性成果:(1)以高铝粉煤灰(FA)和活性炭(AC)为原料,原位合成了莫来石-氧化铝-碳化硅复合材料。考察了烧结温度、保温时间和活性炭用量对碳化硅产率、复合材料微观结构及其在 2-18 GHz 频率范围内的介电性能和电磁波吸收性能的影响,获取了最优烧结反应参数,即烧结温度1400 °C、保持时间3 h、活性炭用量12 wt%。在此条件下,材料孔隙率最高为 56.17 %,碳化硅最大产率达到 23%。这种复合材料在 7.59 GHz 时的最小反射损耗为 -51.55 dB,厚度为 3.5 mm,吸波率大于99.999%,有效吸收带宽达到 2.67 GHz。当厚度为 3.0 mm 时,在 9.06 GHz 时最大有效吸收带宽达到 3.39 GHz,此时反射损耗为 -34.55 dB,吸波率大于99.9%。吸波机理主要是由于异质结构的界面极化、传导损耗和阻抗匹配。(2)为拓展廉价的碳原料渠道,在高铝粉煤灰添加富碳和富活性硅的气化渣,在成果(1)基础上成功制备了莫来石-铁硅合金-碳化硅复合材料。结果表明,原材料中气化渣和活性炭 的含量显著影响矿相的形成,并进一步影响复合材料在 2-18 GHz 频率范围内的电磁波吸收能力。新材料在Ku波段区域具有优异的电磁波吸收性能,当厚度为5.5 mm时,在16.90 GHz处最小反射损耗为-30.49 dB,吸波强度大于99.9%,有效吸收带宽为2.47 GHz。这种复合材料优异的吸波能力是由于气化渣中含有导电性、磁性的氧化铁颗粒,在烧结过程中转化为了铁硅合金。 这样,由于其与莫来石、碳化硅的协同作用,该复合材料展示了磁导性和介电性双重特性,进而促进了阻抗匹配。由于原材料成本低、制备方法简单、电磁吸收性能高,由粉煤灰和气化渣制备的莫来石-碳化硅复合陶瓷吸波材料是电磁吸收应用的潜在候选者。因此,本研究为粉煤灰和气化渣的综合利用开辟了新途径。

语种中文
源URL[http://ir.ipe.ac.cn/handle/122111/60988]  
推荐引用方式
GB/T 7714
J. O. AYENI. 一步法制备高铝粉煤灰基多孔陶瓷及其微波吸收性能[D]. 中国科学院过程工程研究所. 2022.

入库方式: OAI收割

来源:过程工程研究所

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