氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與輕質(zhì)磚熱導(dǎo)率的相關(guān)性研究

氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)與輕質(zhì)磚熱導(dǎo)率的相關(guān)性研究

魏國平，朱伯銓武漢科技大學(xué)材料與冶金學(xué)院報告內(nèi)容如下：1研究背景及意義234研究內(nèi)容及技術(shù)線路5結(jié)論氣孔孔徑分布對熱導(dǎo)率的影響氣孔率對熱導(dǎo)率的影響1研究背景及意義

輕質(zhì)隔熱耐火材料具有熱導(dǎo)率低、耐火度高和高溫性能優(yōu)良(較好的高溫強(qiáng)度及熱震穩(wěn)定性)等特點，在涉及的高溫行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

與輕質(zhì)隔熱耐火材料蓬勃發(fā)展的工藝研究相比，其氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對熱導(dǎo)率的影響研究并不充分，如孔徑分布對隔熱耐火材料熱導(dǎo)率的影響機(jī)制尚不明確，需進(jìn)一步研究，其原因有：(1)不同孔徑的氣孔具有不同的熱傳遞機(jī)制，高溫下究竟哪種占主導(dǎo)地位需進(jìn)一步研究；(2)部分亞微米或納米氣孔對耐火材料高溫下隔熱貢獻(xiàn)的作用需進(jìn)一步研究。擬通過探明氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對輕質(zhì)隔熱耐火材料高溫下傳熱行為的影響規(guī)律，從而揭示其與高溫?zé)釋?dǎo)率的相關(guān)性。其研究成果可為輕質(zhì)隔熱耐火材料的隔熱性能設(shè)計提供理論借鑒意義。2研究內(nèi)容及技術(shù)線路2.1研究內(nèi)容(1)制備一序列不同容重的輕質(zhì)磚試樣；

(2)對輕質(zhì)磚試樣的氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)(氣孔率和孔徑分布)進(jìn)行定量表征；(3)氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)對輕質(zhì)磚高溫?zé)釋?dǎo)率的影響。2.2研究技術(shù)線路輕質(zhì)磚試樣的制備以漂珠、粉煤灰和高鋁礬土熟料為主要原料，其中，漂珠的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為25%、35%、65%和85%，外加適量的黏土和水為結(jié)合劑，經(jīng)配料、混合、半干法成型、干燥，然后經(jīng)1200℃保溫3h熱處理，得到4種不同容重的輕質(zhì)磚試樣；容重分別為1.2、0.9、0.6g/cm3和0.5g/cm3。3氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量表征開口氣孔率和閉口氣孔率的測定采用Accupyc1330型全自動真密度分析儀測定試樣的真密度th，再用th計算總氣孔率T(%)=100(1-v/th)，其中，v為試樣的容重。參照YB/T5200-1993測定試樣的開口氣孔率。閉口氣孔率=總氣孔率–開口氣孔率

3氣孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的定量表征圖1漂珠的添加量與試樣氣孔率的關(guān)系

氣孔率對熱導(dǎo)率的影響圖2閉口氣孔率與熱導(dǎo)率的關(guān)系

閉口氣孔率由10.23%增加到28.99%時，試樣的熱導(dǎo)率降低了約60%。氣孔率對熱導(dǎo)率的影響圖3總氣孔率與熱導(dǎo)率的關(guān)系

兩者之間的關(guān)系可用公式表示為：k=A+Be-cp，其中A、B和c均為常數(shù)，k為熱導(dǎo)率，p為總氣孔率。氣孔孔徑分布的定量表征孔徑分布的測量方法常用的有壓汞法和泡壓法，測量問題：(1)只能測量開口氣孔的孔徑分布，而輕質(zhì)隔熱耐火材料中含有相當(dāng)部分的閉口氣孔，無法準(zhǔn)確測量；(2)隨著測量壓力的增大，會破壞輕質(zhì)隔熱耐火材料的孔結(jié)構(gòu)；

借助于計算機(jī)圖像分析技術(shù)測量氣孔孔徑分布。漂珠的添加量對孔徑分布的影響(a)25%(b)35%(c)65%(d)85%漂珠的添加量對孔徑分布的影響(a)25%(b)35%(c)65%(d)85%漂珠的添加量對孔徑分布的影響(a)25%(b)35%(c)65%(d)85%各個孔徑區(qū)間氣孔的位置分布和同一區(qū)間內(nèi)氣孔的分散程度。漂珠的添加量對孔徑分布的影響圖4各組試樣中氣孔的孔徑分布

孔徑分布與熱導(dǎo)率的灰色關(guān)聯(lián)分析為了更明確的判斷不同孔徑區(qū)間對輕質(zhì)磚熱導(dǎo)率影響的大小，將所測輕質(zhì)磚試樣全部孔徑范圍分為<50、50～100、100～150、150～200、200～250μm和>250μm六個區(qū)間，借用灰色系統(tǒng)理論來研究不同孔徑區(qū)間與輕質(zhì)磚熱導(dǎo)率的關(guān)聯(lián)度?；疑P(guān)聯(lián)分析則是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密：曲線越接近，相應(yīng)序列之間關(guān)聯(lián)度就越大，反之就越小?；疑P(guān)聯(lián)分析的目的在于尋求系統(tǒng)中各因素之間的主要關(guān)系，根據(jù)發(fā)展趨勢分析找出影響系統(tǒng)的主要因素。4氣孔孔徑分布對熱導(dǎo)率的影響表1各組試樣的熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率/(W/(m﹒k))試樣編號ABCDX01(i)600℃0.82630.44860.42210.3226X02(i)800℃0.91750.50920.45300.3860X01(i)

600℃時的熱導(dǎo)率;X02(i)

800℃時的熱導(dǎo)率4氣孔孔徑分布對熱導(dǎo)率的影響表2各組試樣的孔徑分布與其熱導(dǎo)率的灰色關(guān)聯(lián)度孔徑區(qū)間/m孔面積百分比/%灰色關(guān)聯(lián)度ABCDX01(i)X02(i)X1(i)<5023.1812.3317.8722.020.640.65X2(i)50-10047.0045.7241.0746.150.690.71X3(i)100-15021.2429.0026.7722.460.790.83X4(i)150-2005.667.8710.307.580.750.72X5(i)200-2502.364.032.961.370.600.59X6(i)>2500.561.051.030.420.580.56X1(i)-X6(i)不同的孔徑區(qū)間.5結(jié)論(1)隨著漂珠添加量的增加，輕質(zhì)磚的閉口氣孔率和總氣孔率顯著增加，但開口氣孔率變化不明顯。(2)在一定溫度范圍內(nèi)，輕質(zhì)磚的熱導(dǎo)率隨著總氣孔率的增大而呈指數(shù)關(guān)系減小。(3)不