熔盐介质中高强度高热阻镁橄榄石质保温材料的制备机理、结构与性能

针对钢铁、建材、化工、石化、有色金属等高温工业节能降耗对高性能保温隔热材料的需求，项目以我国储量巨大的天然镁橄榄石为原料，在熔盐介质中制备具有微小气孔且微结构可控的高强度高热阻的新型高效镁橄榄石保温隔热材料，研究工作具有十分重要的科学意义。项目研究在不同熔盐介质中制备镁橄榄石保温材料的热力学条件和动力学机理、制备参数对材料结构与性能影响的基本规律，优化保温材料的制备条件，实现低温低成本无污染制备高强度高热阻的镁橄榄石保温隔热材料；研究在使用过程中镁橄榄石保温材料的显微结构变化对材料的强度及热阻的影响规律，为高强度高热阻镁橄榄石保温材料在高温工业的广泛应用提供理论依据。项目获得的天然镁橄榄石经熔盐介质法制备新型保温材料的新理论和新方法将为开辟镁橄榄石应用的新途径和新方向打下坚实的理论基础，为我国高温工业可持续发展提供高技术新材料支撑。

针对冶金、建材、化工、石化等高温过程工业节能降耗对高性能保温隔热材料的需求，项目以我国储量丰富的天然镁橄榄石为原料，在熔盐介质中制备具有微小气孔且微结构可控的高强度高热阻镁橄榄石保温隔热材料。项目分别采用三种单盐介质、二元复合盐介质（NaCl-Na2CO3）和三元复合盐介质（NaCl- Na2CO3- Na2SO4）制备镁橄榄石轻质材料，研究了熔盐种类及配入量、反应温度及时间、镁橄榄石粒度及水溶过程的温度和PH值对材料的物相、气孔形成过程、气孔形状和大小及分布、体密、强度和导热系数的影响，探讨了Fe2O3在熔盐合成材料过程中的作用及其烧结动力学。研究表明：NaCl在制备过程中不参与化学反应，高温下提供液相环境，促进镁橄榄石晶体长大及烧结，为材料提供高强度。Na2CO3和Na2SO4在高温下会与Mg2SiO4反应生成MgO，生成的气体有利于增加材料气孔率。Na2CO3熔盐制备材料中除生成介孔外，还包含大量3-5 nm微孔。镁橄榄石原料粒度合适是74 μm。57%Na2SO4熔盐在1100℃制备保温材料的显气孔率为56 %，耐压强度达18 MPa。NaCl-Na2CO3熔盐体系最佳的制备温度为1100℃，熔盐含量为40%-50%，以加入等量的NaCl和Na2CO3最佳，材料的热导率为0.12-0.18 W•m-1•K-1。镁橄榄石原料中Fe2O3对材料的物相组成没有影响，能降低材料的显气孔率，增加材料的强度和导热系数。随配比中盐含量的增加，制备材料的孔分形维数D略有增加。在1100℃制备材料的孔分形维数较大，表明材料中孔趋于规则的三维结构。在熔盐介质中镁橄榄石烧结动力学关系表明，在烧结初期lg（ΔL/L）与lgt满足线性关系，NaCl和Na2SO4为熔盐的镁橄榄石烧结满足Kingery液相烧结方程；Na2CO3为熔盐的镁橄榄石材料的收缩率与时间成正比例关系，符合液相烧结颗粒重排的线性关系。以回收到的熔盐作为原料的结果相同。项目已发表论文14篇，其中SCI收录4篇，EI收录2篇，ISTP收录1篇。申请国家发明专利9项，其中授权5项。培养人才5人，其中博士后1人、博士和硕士各2人。和其他单位合作连续3年举办了3届化工、材料与冶金工程国际学术会议(ICCMME)。