介绍由天然铝硅酸盐形成的无机聚合物被Davidovits称为地质聚合物[1]。各种来源的硅和铝，通常是反应玻璃或细磨形式，加入到浓碱溶液中溶解和随后发生聚合。使用的典型前体是飞灰、磨细高炉矿渣、高岭石在约750°C下加热6-24小时制成的偏高岭石，或其他硅和铝来源。碱溶液通常是氢氧化物（例如NaOH、KOH）或硅酸盐（Na）的混合物2SiO3.K2SiO3.).该溶液溶解前驱体中的硅和铝离子，形成缩合反应[2]。哦-邻近分子的离子凝聚在金属原子之间形成氧键，释放出一个水分子。在低热量(20-90°C)的应用下，材料聚合形成含有间隙水的刚性聚合物。聚合物由非晶态到半晶态的二维或三维铝硅酸盐网络组成，取决于硅铝比[1]。 其物理性能与波特兰水泥相似，在抗压强度、耐火性、耐热性和耐酸性方面，它们被认为是水泥的一种可能改进，并且是封装危险或低/中等放射性废物的介质[3-6]。尽管它们已在多个应用中使用，但由于缺乏长期耐久性研究、详细的科学理解以及缺乏原材料的再现性，它们的广泛使用受到限制。亚博网站下载但是，如果将其用作耐火涂料和低温（1000°C）耐火材料，则缺乏长期耐久性研究不会成为障碍。地质聚合物的使用在[7]文献中已经提到了这些应用。 我们之前将使用钠碱制成的地质聚合物加热到1200°C，并研究了其相形成和微观结构[8]。在目前的工作中，我们简要地研究了一种比以前研究的更难处理的地质聚合物，基于偏高岭石前驱体的添加。讨论了相的形成和显微组织。 实验的制备了一批约30g的地质聚合物，由29.1wt%的偏高岭土、4.9wt%的Ca（OH）组成2（德国默克公司）、11.0 wt%氢氧化钾（澳大利亚西格玛·奥尔德里奇公司）、44.7 wt%卡西尔1552（澳大利亚PQ公司，重量百分比组成：K）2O - 21;SiO2– 32; H2O-47）和10.3 wt%添加的除盐水。偏高岭石是由高岭石(Kingwhite 80，澳大利亚uniimin)在750℃加热产生的°C在空气中15小时。X射线衍射（XRD）分析表明，在d-间距~0.36 nm处有一个宽的扩散峰，表明为非晶态材料，并有少量石英。原始粘土含有~1 wt%的TiO2但XRD未见含钛相的存在。将干混合粉末添加到该溶液中，并手动混合，以确保形成平滑的粘性液体。将其浇铸在密封的聚碳酸酯容器中，并在振动台上振动5分钟以去除气泡。在室温下保持2小时后，它们在80℃下固化24小时°C。在室温下加热5 d后，将其从模具中取出，并在2 d后进行试验。为了研究加热对凝固膏体的微观结构和水分及其他物种的损失的影响，分别在500、800、1000、1200、1300和1400加热固化膏体°在加热和冷却速度为5的电炉中加热3小时°C/分钟。 根据澳大利亚标准[9]，通过在真空下抽空并引入水使孔隙饱和，测定每种地质聚合物的密度和孔隙率。饱和时间和水浸时间保持在15分钟以下，以抑制与水的反应(主要是碱的溶解，未发表的工作)。 使用CoK对所有样品进行X射线衍射分析（XRD：德国卡尔斯鲁厄西门子D500型）α材料破碎部分的辐射。选定的样品被横截面，安装在环氧树脂和抛光到0.25μm金刚石抛光，并通过扫描电子显微镜（SEM:6400型，日本东京JEOL）在15 kV下运行，并配备X射线显微分析系统（EDS:Model:Voyager IV，美国威斯康星州米德尔顿Tracor Northern）进行检查。 后果和讨论表1中列出了密度和孔隙率值以及样品的XRD分析。随着热处理温度的升高，所有地质聚合物的开孔率先增大后减小。最可能的解释是孔隙率的增加是由于在500℃时水的去除和硅醇键的断裂°C，导致毛孔张开。孔隙度从800 ~ 1400降低°C是由于可能借助于液相烧结而产生的。设想在800度时存在液相是相当可行的°由K组成的系统的C2O-CaO-Al2O3.-硅2，当最低共晶温度为K2O-CaO-SiO2仅是710°C[10]。 表1。加热型地质聚合物的孔隙率和XRD分析
|
20. |
29．5 |
Am（m），Q，Ca8硅5O18 |
500 |
58.5 |
Am（m），Q，Ca8硅5O18 |
800 |
50.4 |
Am（m），Q，Ca8硅5O18 |
1000 |
37.8 |
K (m) Q G Ca8硅5O18L(跟踪) |
1200 |
37.7 |
L (m), K |
1250 |
- |
畸变K（m），L |
1300 |
30.5 |
扭曲的K（m），L（轨迹） |
1350 |
- |
扭曲的K |
1400 |
27.6 |
扭曲的K |
关键:m =大;我=非晶态;Q =石英;G =钙铝黄长石(2曹。艾尔2O3..SiO2）；K=钾硅岩（K2O.Al2O3..2SiO2）;L =白榴石(K2O.Al2O3..4SiO2). 所有加热到800°C的地聚合物的XRD痕迹显示，在d ~0.32 nm处有一个广泛扩散的峰状非晶相特征(表1)。微量石英与硅酸钙相，Ca8硅5O18也在场。在1000℃时，kalsilite为主要相。除上述结晶相外，还观察到辉钼矿。加热至1000°C的地质聚合物的SEM图像显示（图1）一个钙硅比为8:5的硅酸钙相，另一个接近Gehleinte成分。基体的EDS分析表明其成分接近钾硅岩。 
图1。加热到1000℃的地质聚合物的扫描电镜图像显示，钙硅比为8:5的钙硅酸盐相和另一个接近于辉钼矿组成的相。 在12000C主要相为白榴石，在1250°C时减少（表1）。在1250°C及以上，kalsilite是主要相，而在1350-1400°C没有检测到白榴石。1400°C加热样品的SEM图像(未显示)证实了这一点，但除此之外，它还显示了钙铝硅酸盐的痕迹，其中钙:铝:硅的比例是2:1:2.1250以上钾硅岩相的d间距°C发生了变化，表明可能含有另一种阳离子，如Ca（也经EDS确认）。固相核磁共振[7]对偏高岭石/钾碱体系也有类似的结果。钾云母的熔点约为1750°C[11]和白榴石为1686°C[11]，所以两者都是相当难熔的。虽然液体在750℃左右形成°C，两种耐火相的存在应足以使地聚合物在1000℃时具有足够的耐火性能°C在该温度下连续使用。将地聚合物加热到1000°C在5小时内没有显示出任何坍落度，这是耐火度的经验指标。 地聚合物的高孔隙率使其适合用作隔热材料。1000℃时的二次扫描电镜图像显示了1000℃时的孔隙分布(图2)。耐火浇注料由高铝水泥与熟料(煅烧的耐火粘土)混合制成。当添加所需的水并浇铸成所需的形状时。地质聚合物也可与熟料类似使用。在此工作中生产的地聚合物固化后没有膨胀或收缩，这也是一个优势。 
图2。在1000°时的二次扫描电镜图像显示了1000°C时的孔隙分布 不含任何骨料的地质聚合物的抗压强度约为80 MPa，与在约1000°C温度下使用的硅酸铝热绝缘体相比（孔隙率为50%时约为15 MPa）[12]）。热绝缘体用于在结构上支撑耐火材料的衬里或作为此类结构中的砂浆。因此，高温高强度并不是它们使用的先决条件。 结论地聚合物加热到1400°C没有显示出任何重大熔化。两种难熔相的存在应使它们在1000°时足够难熔C为了它的持续使用。地质聚合物的高孔隙率应使其适合用作热绝缘体。 致谢作者感谢Joel Davis未发表的SEM工作和Lou Vance提出的宝贵建议。 参考文献1.Davidovits，“地质聚合物-无机聚合物新材料”，热分析杂志，37[8]（1991）1633-5亚博网站下载6。 2.P.G.McCormick和J.T.Gourley，“无机聚合物——新千年的新材料”，澳大利亚材料，23（2000）16-18。亚博网站下载 3.J.Davidovits，“地质聚合物：人造岩石土工合成和由此产生的超早期高强度水泥的发展”，材料教育杂志，16[12]（1994）91-139。亚博网站下载 4.J. Davidovits，“地聚合物体系的化学，术语”，地聚合物1999，地聚合物国际会议论文集，1999年6月30日- 7月2日，第9-39页，圣昆汀，法国。J. Davidovits、R. Davidovits和C. James编辑，法国圣昆廷地质olymere研究所(1999)。 5.A. Allahverdi和F. Skvara，“硝酸对地聚合物水泥硬化膏体的侵蚀”，陶瓷-西里卡泰，45[3](2001)81-8。 6.D.S.Perera、E.R.Vance、Z.Aly、K.S.Finnie、J.V.Hanna、C.L.Nicholson、R.L.Trautman和M.W.A.Stewart，“用于固定中等水平废物的地质聚合物的特性”，ICEM'03会议录，2003年9月21日至25日，英国牛津，激光选项公司，美国图森，（2004），CD，论文号4589。 7.V.F.Barbosa和K.J.D.MacKenzie，“唾液酸钾地质聚合物的合成和热行为”，材料通讯，57（2003）1477-82。亚博网站下载 8.佩雷拉，万斯，卡西迪，布莱克福德，J.V.Hanna，R.L.Trautman和C.L.Nicholson，“热对使用粉煤灰和变质高岭石制成的地质聚合物的影响”，Ceram。反式。，165(2004) 87 - 94。 9澳大利亚标准AS 1774.5-2001，“密度、孔隙率和吸水率的测定”，澳大利亚标准(2001)。 10.“陶艺家的相图”，由E.M.Levin、C.R.Robbins和H.F.Mc Murdee编辑，第156页，美国俄亥俄州威斯特维尔美国陶瓷学会，（1964）． 11.Ibid. p.157。 12.F. Singer和S. S. Singer，“工业陶瓷”酒吧。查普曼和霍尔，伦敦，英国，1963，第1284-90页。 联系方式 |