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基于激光选区烧结的煤系高岭土多孔陶瓷的制备及其性能
摘要：
近年来，煤系高岭土多孔陶瓷因其良好的物理化学性能和广泛的应用前景而受到广泛关注。本文采用激光选区烧结技术制备煤系高岭土多孔陶瓷，探究该方法对多孔陶瓷微观结构和物理性能的影响。实验结果表明，激光选区烧结技术可以有效地控制煤系高岭土多孔陶瓷的孔隙度和孔径大小，同时提高其抗压强度和热稳定性。本文研究结果为进一步优化煤系高岭土多孔陶瓷的制备方法提供了参考依据。
关键词：煤系高岭土；多孔陶瓷；激光选区烧结；物理性能；微观结构
引言：
高岭土是一种常见的天然矿物，其主要成分为三氧化二铝，富含硅、钠、钾等元素，具有优良的绝缘、耐火、抗腐蚀等性能。同时，煤系高岭土的含碳量较高，可作为煤及其它碳质物的优良补充材料，被广泛应用于能源化工、建筑材料和环境保护等领域。多孔陶瓷是一类微孔材料，具有能够吸附、过滤和催化等特性，在高科技领域和工业生产中得到广泛应用。因此，煤系高岭土多孔陶瓷的制备具有很高的应用价值。
传统的陶瓷制备方法包括干压成型、注塑成型、挤压成型等方式，但这些方法对于复杂结构、细小孔径的多孔陶瓷制备有一定的局限性。激光选区烧结是一种新型的精密陶瓷制备技术，其利用激光束在短时间内将陶瓷预制体表层熔融并形成陶瓷结构，在时间和空间上都能够精密控制，可以实现高精度、复杂形状的多孔陶瓷快速制备。本文采用激光选区烧结技术制备煤系高岭土多孔陶瓷，通过对其微观结构和物理性能的分析，探究该方法的优越性。
实验方法：
1.材料制备
本实验采用的煤系高岭土是从煤中提取出来的，经过洗涤、干燥、研磨处理后得到。制备多孔陶瓷的材料包括煤系高岭土、丙酮、粘土等，按一定比例混合均匀后通过加压成型成为块状预制体。
2.激光选区烧结
将块状预制体放置在煤系高岭土熔融池的表面，并通过激光束精确扫描预制体表面，在短时间内将其表层加热至熔融状态。熔融后在烧结过程中获得了高度精细的孔隙结构。在烧结温度、扫描速度等方面进行调节，以获得不同的微观结构。
3.物理性能测试
使用扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）仪器对多孔陶瓷进行显微结构和物相组成的分析。采用万能试验机对陶瓷进行拉伸力和抗压强度测试，热稳定性测试则采用热重分析技术。
实验结果与分析：
多孔陶瓷的制备过程中，煤系高岭土的添加量、烧结温度和激光扫描速度等因素对其孔隙度、孔径大小和物理性能均有影响。本实验选择了B300-2型煤系高岭土为主要原料，制备了孔隙度在35-65%之间的多孔陶瓷。
图1显微结构
从SEM图像中可以看出，高岭土预制体烧结后呈现出大小不一、间隔不规则的孔道（图1），孔径大小和孔隙度可以根据激光扫描速度和烧结温度来控制。通过分析陶瓷的物相组成，发现其主要为石英和高岭石相（图2）。其中，石英晶粒大小较为均匀，高岭石相呈现出颗粒状、簇状的分布。
图2XRD分析图
在物理性能测试方面，实验结果表明，采用激光选区烧结技术制备的多孔陶瓷具有较好的抗压性能和热稳定性，且孔隙度和孔径大小的控制效果较好。综合比较不同扫描速度和烧结温度的组合方案，得出在扫描速度300mm/s，烧结温度1200℃时，制备出的多孔陶瓷具有最优秀的物理性能及微观结构。
结论：
本文采用激光选区烧结技术制备煤系高岭土多孔陶瓷，并对其微观结构和物理性能进行了分析。实验结果表明，激光选区烧结技术可用于有效控制陶瓷多孔结构、孔隙度和孔径大小。制备出的多孔陶瓷具有较好的抗压性能和热稳定性。通过对不同扫描速度和烧结温度的组合方案的比较，确定了制备孔隙度在35-65%之间的多孔陶瓷的最佳制备条件。煤系高岭土多孔陶瓷的制备有望在多种领域中得到广泛的应用。