莫来石晶须长径比影响因素的响应曲面法优化

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第39卷第3期 2011年3月

硅 酸 盐 学 报

2011年

Vol. 39，No. 3 March，2011

硅 酸 盐 学 报

JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY

莫来石晶须长径比影响因素的响应曲面法优化

刘永鹤，彭金辉，孟 彬，郭胜惠1,2，曹威扬1,2，姚现召1,2

(1. 昆明理工大学冶金与能源工程学院，昆明 650093；2. 昆明理工大学非常规冶金教育部重点实验室，昆明 650093；

3. 昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093)

摘 要：为对影响合成莫来石晶须长径比的工艺进行优化，分别选取不同成型压力、V2O5添加量、烧结温度和保温时间，在单因素设计和实验结果基础上，采用响应曲面法确定影响莫来石晶须生长长径比的最佳水平。当试样成型压力、V2O5添加量、烧结温度、保温时间分别为25 MPa，4% (质量分数)，1 320 ℃和2 h时，得到最佳莫来石晶须长径比为15.0。通过实验验证：莫来石晶须的制备工艺参数可行，得到了一个能较准确预测试验结果的模型方程。

1,21,22,3

关键词：莫来石晶须；长径比；响应曲面法

中图分类号：TB321 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)03–0403–06

Parameter Optimization for Aspect Ratio of Mullite Whiskers by Response Surface Method

LIU Yonghe，PENG Jinhui，MENG Bin，GUO Shenghui1,2，CAO Weiyang1,2，YAO Xianzhao1,2

(1. School of Metallurgy & Energy Engineering, Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093; 2. Key Laboratory of Unconventional Metallurgy for Education Ministry, Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093; 3. School

of Materials Science & Engineering, Kunming University of Science & Technology, Kunming 650093, China)

Abstract: The optimization of some parameters (such as forming pressure, sintering temperature and holding time) for the aspect ratio of mullite whiskers in the preparation process was carried out by means of a response surface method. Mullite whiskers with an aspect ratio of 15.0 could be obtained under the optimized conditions (forming pressure of 25 MPa, V2O5 addition amount of 4% (in mass), sintering temperature of 1 320 ℃ and holding time of 2 h). The results show that it is feasible for the optimized parameters to prepare mullite whiskers. In addition, an accurate model is proposed to predict the experiment results.

Key words: mullite whiskers; aspect ratio; response surface method

1,2

1,2

2,3

莫来石晶须具有耐高温、耐磨损、抗氧化、热膨胀系数低、抗热震性能优良，以及优异的高温抗蠕变性能使其特别适合作为高温环境用金属、陶瓷材料的增强增韧晶须使用[1–2]。Okada等[3]以正硅酸乙酯和硝酸铝为原料制备Al2O3–SiO2干凝胶，将干凝胶同AlF3在密闭的容器内煅烧合成出莫来石晶须。穆柏春[4]以氧化铝、锆英石和氟化铝等为主要原料，采用原位反应合成法制备出自生莫来石晶须。该晶须呈圆针状，直径为0.2～1.0 µm，长径比为8～30。Park等[5]以工业粉煤灰为原料，通过添加NH4Al(SO4)2·12H2O和NaH2PO4·2H2O，在1 300 ℃

收稿日期：2010–08–17。 修改稿收到日期：2010–11–27。 基金项目：国家自然科学基金重点资助项目(50734007)。 第一作者：刘永鹤(1987—)，男，硕士研究生。 通信作者：彭金辉(1964—)，男，教授。

烧结获得了直径为0.6～1.8 µm，长径比大于30的莫来石晶须。Moyer等[6]用Al2O3和SiO2为原料制备出莫来石晶须，将74% Al2O3和26% SiO2混合在SiF4中，在温度大于600 ℃、压力为0.1 MPa下反应生成了Al2F2SiO4，Al2F2SiO4在约1 100 ℃时分解生成了莫来石晶须和SiF4。该晶须长径比为15左右，最小直径可小于1 µm。

在莫来石晶须生长过程中，存在多种影响因素，为获得较高莫来石晶须长径比的最优化实验参数，如何平衡多种因素之间的关系显得尤为重要。响应曲面法(response surface methodology，RSM)也称

Received date: 2010–08–17. Approved date: 2010–11–27.

First author: LIU Yonghe (1987–), male, graduate student for master de-gree.

E-mail: wuji0507liuyonghe@163.com

Correspondent author: PENG Jinhui (1964–), male, professor. E-mail: jhpeng@kmust.edn.cn