【摘 要】
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推动建筑节能的关键在于开发生产本质安全、功能性强、现代宜居、品质优异的高品质绿色新型保温墙材。发泡陶瓷保温隔热材料的研究对全面推动绿色建筑标准的实施有着重要意义。然而,保温性能差、产量低、能耗大和成本高是制约当前发泡陶瓷保温板行业良性发展和技术升级的重大瓶颈。高熵陶瓷具有较好的热稳定性、较高的硬度、较低的导热系数和良好的耐腐蚀性能。与传统陶瓷材料相比,高熵陶瓷在成分、结构或性能上表现出明显的差异,
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推动建筑节能的关键在于开发生产本质安全、功能性强、现代宜居、品质优异的高品质绿色新型保温墙材。发泡陶瓷保温隔热材料的研究对全面推动绿色建筑标准的实施有着重要意义。然而,保温性能差、产量低、能耗大和成本高是制约当前发泡陶瓷保温板行业良性发展和技术升级的重大瓶颈。高熵陶瓷具有较好的热稳定性、较高的硬度、较低的导热系数和良好的耐腐蚀性能。与传统陶瓷材料相比,高熵陶瓷在成分、结构或性能上表现出明显的差异,突破了简单组元成分的设计局限,为新材料体系研发和关键性能优化提供了更广阔的思路和指导。本论文基于高熵设计理念和Ca O-Al2O3-Si O2三元体系,通过具有上下限约束的混料均匀设计方法制备得到具有超低热导率的高熵陶瓷Mg0.5Ca0.3Ba0.2Al2Si2O8,深入研究前端发泡工艺以解决当前发泡陶瓷生产过程中技术瓶颈。研究结论具体如下:（1）基于高熵设计理念,将Ba2+引入CaO-Al2O3-SiO2三元体系中从而形成Ba O-Ca O-Al2O3-Si O2四元体系。采用具有上下限约束条件的混合均匀设计法对Ca O-Ba O-Al2O3-Si O2系配方进行优化设计。结果表明,当Ca O:Ba O:Al2O3:Si O2摩尔比为0.459:0.156:0.061:0.324时,在1400°C下煅烧并保温300 min,样品的低热导率仅为0.4783 W·m-1·K-1,远低于ZrO2、3YSZ等常见低热导率材料。此外,样品的抗压强度达57 MPa,且高温热稳定性良好、成本低廉;（2）进一步地,在BaO-CaO-Al2O3-SiO2四元体系中引入Mg2+,对超低热导率陶瓷的性能进行再优化。结果表明,Mg0.5Ca0.3Ba0.2Al2Si2O8高熵陶瓷展示出良好的高温稳定性、较高的杨氏模量（64.56 GPa）和超低的热导率(70℃下热流法测得导热率仅为0.3676W·m-1·K-1),其热导率远低于目前应用广泛的低导热率材料3YSZ(2.9 W·m-1·K-1)。对开发成本低和隔热性能优异的保温材料具有重要应用价值;（3）深入研究并比较聚氨酯发泡法、H2O2发泡法、胶凝材料发泡法和石膏固化发泡法四种前端发泡工艺。相比其它三种方法,石膏固化发泡法具有孔隙率高、气孔分布均匀、固化效率高、产品尺寸控制精确等优点。结果表明,当浆料水灰比为0.6时,注模成型后在1180℃下烧结2 h制得的发泡陶瓷保温板具有密度小（0.2836 g/cm~3）、热导率低(0.15 W·m-1·K-1)和成本低廉等优势,因此产品具有较强的竞争性。
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