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2022年  第29卷  第8期

外磁场对改进型电渣重熔制备复合轧辊工艺的影响

侯志文,董艳伍,姜周华,胡志豪,刘礼猛,田坤杰

封面故事封面展示了电渣重熔复合制备双金属复合轧辊的方法示意图,这种方法制备的工作层具有电渣钢成分均匀、组织致密、夹杂物弥散分布及力学性能优异等诸多优点,是制备高品质复合轧辊的一项新技术。

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特约综述
低成本颗粒物传感器在矿井下空气质量监测的应用
Nana A. Amoah, Guang Xu, Yang Wang, Jiayu Li, 邹永明, 聂百胜
2022, 29(8): 1475-1490. doi: 10.1007/s12613-021-2378-z
摘要:
采矿过程各个环节产生微颗粒空气污染,包括煤尘和柴油机尾气颗粒污染。长期吸入过量这些污染物会导致呼吸系统疾病,例如尘肺病及肺癌。现有矿井微颗粒污染检测系统时空分辨率较低,致使矿工暴露在高浓度污染环境中,工作风险增加。低成本颗粒物传感器为广泛实时监测微颗粒污染浓度提供了一种潜在的解决方案,然而其在矿井的应用还未实现。本论文通过分析其光散射的工作原理,总结了影响其精度的误差源,提出了系统的校对方法框架,确定了井下应用可行性的可靠性评价方案。
研究亮点
大面积钙钛矿薄膜的全方位热处理工艺研究
成波, 王栋, 楚倩倩, 楚亮
2022, 29(8): 1491-1492. doi: 10.1007/s12613-021-2405-0
摘要:
卤化物钙钛矿因为优异的光电性能和溶液法低成本的制备工艺获得了广泛的关注,并取得了飞速的发展。然而,钙钛矿薄膜仍然存在着大面积、高复现性和精准化学计量比制备难以实现等问题,阻碍了其商业化。本文介绍了一种液体介质退火(liquid medium annealing, LMA)方法。该方法选取高热导率、低黏度的苯甲醚制备了一个稳定的热处理液体环境,可实现钙钛矿薄膜的全方位加热,进而调节钙钛矿薄膜的生长。苯甲醚液体介质可轻易萃取钙钛矿薄膜中的残余溶剂(例如DMSO等),抑制钙钛矿中有机组分和卤族元素的挥发,避免周围环境中水、氧等在热处理过程中对钙钛矿薄膜的破坏;进而形成低缺陷密度、理想化学计量比、高均匀性、高复现性和较少的环境影响的高质量钙钛矿薄膜。采用该方案制备钙钛矿太阳能电池展现了良好的光电性能和复现性,当面积为0.08 cm2时电池的光电转换效率超过24.04%,当面积为1 cm2时电池的光电转换效率超过23.15%,并且平均效率大于23%。
研究论文
疏水界面纳米气泡特性及其对矿物浮选行为影响研究
李臣威, 李丹龙, 李鑫, 徐明, 张海军
2022, 29(8): 1493-1501. doi: 10.1007/s12613-021-2279-1
摘要:
纳米气泡在细粒浮选中具有巨大的应用潜力。本文利用原子力显微镜研究了纳米颗粒的身份识别、测量参数对纳米气泡形貌的影响以及纳米气泡对pH、盐浓度和表面活性剂浓度变化等外部刺激的应答。实验发现纳米气泡可在室温环境中的固液界面成核,接触模式下针尖驱动的纳米结构间的兼并现象为纳米结构的气相本质提供了实验的证据。盐及MIBC浓度的变化对纳米气泡的横跨尺寸和高度无显著的影响,LiCl的添加对纳米气泡的横跨尺寸分布影响不大,但是显著影响了纳米气泡的高度分布。本文研究结果可为基于纳米气泡强化的矿物浮选过程设计提供参考。
研究论文
纳米气泡作用下的不同粒度煤泥浮选动力学特性
韩华, 刘安, 王彩丽, 杨润全, 李帅, 王怀法
2022, 29(8): 1502-1510. doi: 10.1007/s12613-021-2280-8
摘要:
颗粒粒径的大小是影响浮选的重要因素,一般来说,浮选入料粒度过粗或过细都会对浮选效率与速率产生不利影响。纳米气泡由于尺寸小、比表面积大以及生存周期长等特质,逐渐成为浮选领域研究的热点,研究纳米气泡浮选过程中的颗粒粒度效应具有重要意义。本文采用水力空化作为纳米气泡产生方式,使用原子力显微镜观测固液界面的纳米气泡,通过浮选试验以及引入六种浮选动力学模型拟合试验数据,研究了纳米气泡对不同粒度级煤泥浮选动力学的影响。试验结果表明,固液界面的纳米气泡呈圆盘状同时具有超大的疏水角,纳米气泡的引入可以使各粒度级煤泥的浮选精煤可燃体回收率得到1%−5%的提高,同时纳米气泡会引起中等粒级精煤灰分的提高以及细粒级精煤灰分的降低。经比较,经典一级动力学模型为最佳浮选动力学模型,各粒度级浮选动力学规律不会因纳米气泡的加入而发生改变。纳米气泡可以使−0.5+0.25 mm粒级的浮选速率常数由2.70增加至4.33,但同时分别会造成−0.25+0.125 mm与−0.125+0.074 mm粒级浮选速率常数15.45%与8.59%的下降,此外,−0.074 mm粒级煤泥的浮选速率在纳米气泡作用下得到13-18%的提高,对于粗、细等难浮煤泥浮选效率与速率的提高是纳米气泡强化煤泥浮选的重要原因。
研究论文
外磁场对改进型电渣重熔制备复合轧辊工艺的影响
侯志文, 董艳伍, 姜周华, 胡志豪, 刘礼猛, 田坤杰
2022, 29(8): 1511-1521. doi: 10.1007/s12613-021-2277-3
摘要:
界面温度周向均匀性对复合轧辊的界面结合质量至关重要。本文提出一种施加外磁场的改进型电渣重熔制备复合轧辊工艺以改善复合轧辊界面结合质量的周向均匀性,该工艺包含基于导电结晶器的传统电渣重熔制备复合轧辊供电回路和外线圈供电回路。提出了包含多物理场的全面3D模型以研究外磁场对多物理场和界面温度均匀性的影响规律。模拟结果表明非均匀的焦耳热场和流场是传统电渣重熔制备的复合轧辊界面不均匀的根本原因。因此,在改进型电渣重熔制备复合轧辊工艺中,外线圈内逆时针方向的电流产生了沿z轴方向的磁场感应强度 B coil,该轴向 B coil与渣池内径向电流共同产生旋转电磁力。旋转电磁力推动渣池进行旋转流动,改善了渣池的有效热导率的周向均匀性,最终温度场和界面温度的周向均匀性得到显著改善。此外,物理模型的模拟结果与实验结果具有良好的一致性,证实了改进型工业电渣重熔制备复合轧辊模型的准确性。因此,改进型工艺十分适合工业生产界面结合质量均匀的复合轧辊。
研究论文
Al2O3含量变化对CaO–SiO2–Cr2O3–Al2O3熔渣粘度及结构的影响
袁方, 赵峥, 张延玲, 吴拓
2022, 29(8): 1522-1531. doi: 10.1007/s12613-021-2306-2
摘要:
熔渣粘度对冶炼过程中渣金反应的传质有着至关重要的作用,适当的熔渣粘度能够有效促进渣金反应,提升传质效率。为了促进含铬熔渣中铬的回收利用,本文使用柱体旋转法研究了Al2O3含量变化对CaO-SiO2-Cr2O3-Al2O3渣粘度和结构的影响规律。熔渣在高温下表现出良好的牛顿流体行为。当Al2O3含量从0%增加到10wt%时,酸性渣的粘度首先从0.825增加到1.141 Pa·s,然后当Al2O3含量进一步增加到15wt%时,粘度降低到1.071 Pa·s。当Al2O3含量从0增加到15wt%时,碱性炉渣的粘度首先从0.084增加到0.158Pa·s,然后当Al2O3含量进一步增加到20wt%时,粘度降低到0.135 Pa·s。此外,含Cr2O3的炉渣比无Cr2O3的炉渣需要更少的Al2O3才能达到最大粘度;对于酸性和碱性炉渣,熔渣粘度达到最大值所需的Al2O3含量分别为10%和15%。熔渣的活化能变化规律与粘度结果一致。拉曼光谱表明,熔渣中仅有少量Al2O3时,Al以[AlO4]四面体形式出现,随着Al2O3含量的逐渐增加,[AlO4]四面体被[AlO6]八面体所取代,对硅酸盐结构的分峰解谱结果也与粘度结果一致。
研究论文
晶体取向对高强低合金钢应力腐蚀裂纹扩展行为的影响研究
范恩点, 李永, 游洋, 吕学伟
2022, 29(8): 1532-1542. doi: 10.1007/s12613-022-2415-6
摘要:
低合金钢被广泛应用于海洋工程设备,其服役安全性受环境腐蚀制约。高强低合金钢在服役过程中除了受海风、海浪等环境作用力,还需承受自身重力和工作运行带来的应力,容易诱发应力腐蚀并导致断裂失效。当裂纹萌生后。高强低合金钢腐蚀断裂行为受裂纹尖端力学–电化学行为控制,其腐蚀动力学不同于金属表面,因此对应力腐蚀裂纹扩展行为的研究需要从裂纹尖端力学–电化学交互作用角度展开。本文基于裂纹尖端力学–电化学交互作用,从三维角度研究了高强低合金E690钢晶体取向对裂纹扩展行为的影响。结果表明,高强低合金钢晶体取向的变化对裂纹尖端电化学反应和裂纹扩展机制没有影响,但会改变裂纹扩展速率。当应力加载方向与轧制方向平行,同时断裂层与横向–法向面平行时,裂纹扩展速度最慢,其值为0.0185 mm·h–1。当载荷方向与法线方向平行,断裂层平行于轧制–横向面时,裂纹扩展速率最高,其值为0.0309 mm·h–1,这种现象归因于E690钢板在轧制方向、法向方向和横向方向上的不同组织结构和力学性能。
研究论文
二十面体准晶相Mg40Zn55Nd5的结构及热力学稳定性
张帅, 李倩倩, 陈洪灿, 罗群, 李谦
2022, 29(8): 1543-1550. doi: 10.1007/s12613-021-2391-2
摘要:
准晶相(I相)具有硬度高且与镁基体界面能低的优点,是一种理想的增强相。在Mg–Zn–Nd体系中,通过常规铸造方法即可制备出球状准晶相,其弥散分布的方式有利于提高镁合金的力学性能。但是,关于Mg–Zn–Nd体系准晶相的稳定性、晶体结构、形成条件和转变路径尚不明确,限制了准晶增强镁合金的设计与应用。本文采用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜研究了Mg40Zn55Nd5准晶的晶体结构,通过差示扫描量热法和退火实验研究了Mg–Zn–Nd体系准晶相的稳定存在的条件和转变过程。结果表明,铸态合金中的准晶呈云朵状,具有5次、4次、3次和2次对称轴,Nd原子沿5次轴形成边长为0.3 nm和0.8 nm的五边形,沿其它轴呈直线排列。Mg或Zn原子沿3次轴和2次轴形成边长为0.3 nm的六边形。Mg–Zn–Nd体系中的准晶是一种亚稳相,当温度高于300°C时,Mg40Zn55Nd5准晶分解为稳定的三元相Mg35Zn60Nd5、二元相MgZn和α-Mg。
研究论文
超声表面滚压协同提高铸态AZ91镁合金的力学和腐蚀性能
韩静, 王从, 宋元明, 刘志远, 孙甲鹏, 赵继云
2022, 29(8): 1551-1558. doi: 10.1007/s12613-021-2294-2
摘要:
镁合金具有低密度、高比强度等优势,是轻量化应用的优异结构材料。然而,相对于已经大规模工业应用的钢铁、钛合金和铝合金,镁合金铸件易腐蚀、绝对强度低、室温塑性差,成为限制其工业化应用的瓶颈。本文旨在采用超声表面滚压对铸态AZ91镁合金进行表面纳米化处理,以提高其力学性能和耐腐蚀性能。结果表明超声表面滚压在铸态AZ91镁合金表面制备出梯度纳米结构和光滑表面(Ra 0.036 μm)。超声表面滚压使得AZ91铸态镁合金样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了55%和50%,表面硬度提高了24%,而断裂延伸率没有显著下降。超声表面滚压的AZ91镁合金样品在3.5wt% NaCl水溶液中具有良好的耐腐蚀性。与未处理样品相比较,浸泡1 h后超声表面滚压处理样品的腐蚀电流密度降低63%,浸泡24 h后腐蚀电流密度降低25%。强度和硬度的提高主要来源于梯度纳米结构,而腐蚀性能的提高主要源于表面纳米结构、光滑表面和残余压应力。
研究论文
微量Ca和Sn对提高Mg–3Al–1Zn合金耐蚀性的作用
王盼盼, 江海涛, 王玉娇, 张韵, 田世伟, 张业飞, 曹志明
2022, 29(8): 1559-1569. doi: 10.1007/s12613-021-2268-4
摘要:
镁合金耐腐蚀性差极大限制了商用镁合金的广泛应用。微合金化是提高镁合金腐蚀性能最简单有效的方法。基于低成本合金成分设计,通过扫描开尔文探针力显微镜、析氢、电化学测试和腐蚀形态分析表征了含有微量 Ca 或 Sn 元素的商用 Mg–3Al–1Zn (AZ31) 合金的腐蚀行为。结果表明:在 AZ31 合金中,Al2Ca/α-Mg和Mg2Sn/α-Mg的电势差分别为 (230 ± 19) mV和(80 ± 6) mV,远低于Al8Mn5/α-Mg的电势差(430 ± 31) mV,即AZ31–0.2Sn合金的耐腐蚀性能最好,AZ31–0.2Ca 次之,而 AZ31 合金最差。此外,Sn溶入基体当中明显提高了α-Mg的电势,并在基体界面形成了致密的SnO2膜,而Ca元素通过富集在腐蚀产物层当中,使得AZ31–0.2Ca/Sn合金的腐蚀产物层比AZ31合金更加致密、稳定和更具保护性。因此,含0.2wt% Ca或Sn元素的AZ31合金表现出优异的耐腐蚀性能,具有更全面的商业应用潜力。
研究论文
Nd对含堆垛层错的铸态Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金组织和力学性能的影响
洪立鑫, 汪荣香, 章晓波
2022, 29(8): 1570-1577. doi: 10.1007/s12613-021-2264-8
摘要:
镁合金以其高比强度、高比刚度、低密度等优点在航空航天、交通运输等领域显示出越来越大的潜力。但在实际使用过程中,镁合金仍存在塑性差、绝对屈服强度偏低、拉压不对称等问题。为了研究稀土元素Nd对镁合金显微组织和力学性能的影响与强化机制,本文以Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金为研究对象,分别添加0, 0.5wt%, 1wt%的Nd元素。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、透射电镜和XRD研究Nd对Mg–12Gd–2Zn–xNd–0.4Zr合金显微组织的影响,通过拉伸试验机、纳米压痕仪和显微硬度计测试了合金的力学性能。结果表明:显微组织主要由α–Mg基体、共晶相和堆垛层错(SFs)组成;Nd的加入对晶粒细化和组织均匀化起着重要作用。随着Nd添加量的增加,合金的拉伸屈服强度和显微硬度增加,压缩屈服强度降低,导致合金的反向拉压不对称性减弱。当Nd含量为1wt%时,合金的力学性能最好,其抗拉强度和抗压强度分别达到194 MPa和397 MPa,压缩屈服强度和拉伸屈服强度比值降低为1.05。
研究论文
水平连铸铜铝复合板带界面Al–17at%Cu共晶合金热变形行为
王珺, 赵帆, 解国良, 徐佳璇, 刘新华
2022, 29(8): 1578-1588. doi: 10.1007/s12613-021-2276-4
摘要:
铜铝双金属复合板材具有纯铜的高导电导热和纯铝的轻质廉价等特性,可代替铜合金制品应用于航空航天、交通运输和装饰建材等领域,解我国铜资源短缺、严重依赖进口之危,缓铝产能过剩、资源严重流失之困,近年来受到人们的广泛关注。在众多铜铝双金属复合板材的制备技术中,连铸复合直接成形技术实现了铜铝双金属复合板材铸造、复合和成形的一体化,生产流程短、效率高,板材界面结合强度高,具有较为广阔的发展前景。水平连铸制备的铜铝复合板带界面中共晶组织层厚度占界面总厚度的90%以上,其在后续轧制成形加工中的变形行为对成形后复合板带的质量影响显著。本文通过改变铸锭凝固时的冷却速率,制备铜铝复合板带界面共晶组织材料,研究其在热压缩过程中的变形行为。研究结果表明:当变形温度大于300°C时,共晶组织中α-Al的动态再结晶软化作用大于加工硬化作用,共晶组织发生均匀的塑性变形。并采用Arrhenius型双曲正弦模型建立了共晶组织流变应力本构方程,为铜铝复合板带的加工成形过程提供可靠的理论依据。
研究论文
自适应双轴肩搅拌摩擦焊Al–Mg接头局部显微组织及强化机制分析
吴东, 李文亚, 褚强, 邹扬帆, 刘西畅, 高彦君
2022, 29(8): 1589-1595. doi: 10.1007/s12613-021-2254-x
摘要:
自适应双轴肩搅拌摩擦焊接可用于连接封闭和弯曲结构,同时可解决常规搅拌焊根部未焊透的问题,并能减轻对垫板的依赖,具备良好的应用前景。双轴肩的引入,在解决上述问题的同时,也造成了复杂的材料流动,使得内部组织变得复杂,形成了双轴肩搅拌摩擦焊中特有的带状流动组织。这些带状组织内部存在许多界面,降低了接头性能,断裂及破坏常发生于带状流动组织处。有必要研究接头内部复杂的微观组织和界面存在对性能的影响。因此,本文采用双轴肩搅拌摩擦焊接,成功制备了6 mm厚的5A06的铝合金接头,并采用电子背散射衍射技术,研究了接头中非均匀的微观组织,并分析了局部微观组织对接头力学性能的影响。结果表明:搅拌区接近表层处的晶粒尺寸小于中心区域,接头中再结晶比例最低和局部取向差最小的位置是焊核中心靠近热力影响区处,具体值是22%和1.15 $\times \;{10}^{-13}{\mathrm{m}}^{-2}$。接头中织构强度最高的位置是热影响区,紧接着是焊核区,热力影响区是接头中织构强度最低的位置。带状流动区域的界面对接头整体强度存在负贡献,拉伸测试结果验证了界面存在弱化了接头性能,并计算得出负贡献的数值为93 MPa。
研究论文
近 α 耐高温钛合金的显微组织和力学性能在热处理过程中的演变规律
马小昭, 相志磊, 李涛, 陈怡兰, 刘莹莹, 陈子勇, 舒群
2022, 29(8): 1596-1607. doi: 10.1007/s12613-021-2248-8
摘要:
耐高温钛合金具有比强度高、比模量高和高温性能优异的优点,主要应用在高性能航空发动机叶片和叶盘,超声速巡航导弹壳体和军用柴油发动机气门等领域。然而,目前对新型耐650℃高温钛合金热处理过程中微纳结构和力学性能演变的研究尚少。本文通过XRD、SEM、EBSD、TEM和拉伸试验等方法研究了热处理过程中合金的显微组织、力学性能和断裂特征的演变规律。研究表明,随固溶温度提升,初生 α 相含量逐渐较小,β 转变组织含量逐渐增加。β 转变组织内部析出大量层片状 α 晶粒, 层片的宽度随固溶温度的提升逐渐增加。锻态合金内部既存在尺寸较大的等轴和棒状硅化物,也析出纳米尺寸的硅化物。元素分析表明,大尺寸硅化物或许为(Ti, Zr, Nb)5Si3 和 (Ti, Zr, Nb)6Si3。热处理后,尺寸较小的棒状硅化物在残余 β 相中析出,它们与 α/β 界面近似为45°。热处理态合金中的残余 β 相呈半连续状。合金经980°C/1 h固溶和700°C/4 h时效处理后表现出最优的室温和高温(650°C)力学性能的匹配。
研究论文
多层 Ti/Al/Nb 复合界面变形后退火过程中金属间化合物的生长行为
R. Jafari, B. Eghbali
2022, 29(8): 1608-1617. doi: 10.1007/s12613-021-2263-9
摘要:
三金属Ti–Al–Nb复合材料通过三个程序进行加工:热压、轧制和热压,然后进行后续轧制。 然后将制造的复合材料在 600、625 和 650°C 的温度下退火不同时间。 界面处的显微组织观察表明,塑性变形应变的增加显着影响了 TiAl3金属间化合物层的演化并加速了层的生长。相反,施加的应变量不会显着影响 NbAl3 金属间化合物层厚度的演变。还发现Al和Ti原子在整个TiAl3层中发生了扩散,但只有Al原子在NbAl3层中扩散。 NbAl3 金属间化合物层生长缓慢是由于 Nb 原子缺乏扩散和 Al 原子与 Nb 原子反应的高活化能所致。
研究论文
颗粒微观结构对LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料电性能的影响研究
唐泽勋, 叶红齐, 马鑫, 韩凯
2022, 29(8): 1618-1626. doi: 10.1007/s12613-021-2296-0
摘要:
锂离子电池正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(简称NCM811)能量密度高,有望满足电动汽车长续航里程要求,近年来成为业内关注和研究的焦点。然而,NCM811存在表面碱度高,稳定性差,长循环下颗粒容易碎裂和粉化等问题,阻碍了其大规模应用。本文将三元材料进行单晶化研究,即将二次球颗粒熔融形成单晶颗粒,以期解决三元材料结构和表面稳定性差等问题,并探索在高电压体系使用可行性。实验结果表明,将锂与过渡金属配比设为1.05,在910°C下烧结12 h,可得到形貌较好的单晶NCM811材料,此时材料表面碱度和晶格Ni/Li阳离子混排度均较低,分别为0.288wt%和2.24%。电性能评估结果显示,该材料在3.0–4.3 V下克容量可达191.5mAh/g,同时高温和高电压下循环稳定性得到明显提升,在高温50°C下,3.0–4.4V电压区间内循环100周,容量保持率可达95.1%,而二次颗粒材料仅为88.5%。相比二次颗粒,单晶形态的NCM811材料虽然倍率性能会稍有下降,但结构和表面稳定性更佳,在高电压高能量密度体系具有较好的应用前景。
研究论文
限域燃烧法制备高电氧化反应性能纳米碳化钨/碳粉末
陈鹏起, 台运霄, 吴环, 高宇飞, 陈佳雨, 程继贵
2022, 29(8): 1627-1634. doi: 10.1007/s12613-021-2265-7
摘要:
碳化钨(WC)被认为是一种很有前途的、可以在化学反应中代替铂、铑等贵重金属的类铂催化剂。但是,就目前的研究来看,其电化学催化性能与贵金属相比还存在一定的差距,尚不具备实用价值。本文旨在制备一种高比表面积的WC/C催化剂进而获得高电氧化反应性能。本文将活性炭引入燃烧体系中,通过溶液燃烧—碳化两步法合成了WC/C纳米粉体,研究了活性炭加入量对WC/C复合材料结构,形貌和氧化还原性能的影响,探究了活性炭作为载体在氧化还原过程中的作用。研究结果表明,碳的加入提高了WC/C复合材料的比表面积,限制了WC长大,提高了粉体的导电性和稳定性。WC分布在活性炭的表面、孔洞和缝隙中,分布在孔洞中的WC颗粒直径约为40~100 nm,分散均匀,而活性炭表面的WC颗粒直径约为200 nm。当碳与偏钨酸铵的质量比为1:15时具有更正的还原峰电位为−0.24V,对应的电流密度为2.4 mV/cm2;具有更正的半波电位,表现出更好的催化活性,根据K–L公式得出电子转移数目为3.45,说明该反应主要以四电子过程为主。
研究论文
高钙粉煤灰制备低导热高强度陶瓷材料及其表征
Mana Rodchom, Panida Wimuktiwan, Kanit Soongprasit, Duangduen Atong, Supawan Vichaphund
2022, 29(8): 1635-1645. doi: 10.1007/s12613-021-2367-2
摘要:

从泰国Mae Moh发电厂收集的高钙粉煤灰(HCFA)被用作陶瓷生产的原料。X射线荧光表征下HCFA主要成分为28.55wt% SiO2、16.06wt% Al2O3、23.40wt% CaO和17.03wt% Fe2O3。由于钙质和铁质含量比例较高,使用HCFA替代钾长石,用量为10wt%–40wt%。研究了替代高钙粉煤灰(0–40wt%)和烧结温度(1000–1200°C)对陶瓷基材料的物理、机械和热性能的影响。结果表明,加入适量的HCFA可以提高陶瓷样品的致密化程度和强度,降低陶瓷样品的导热系数。粉煤灰中高比例的钙质和铁质成分促进了陶瓷样品的玻璃化行为。研究结果说明,在最佳粉煤灰含量和烧结温度下,液相的形成促进了致密化。此外,这些组分还促进了更丰富的莫来石形成,从而提高了陶瓷样品的弯曲强度。在1150–1200°C烧结温度下,添加10wt%–30wt%的粉煤灰,可获得最佳陶瓷性能。在 1200°C、 吸水率几乎为零(0.03%)时,添加粉煤灰10wt%–30wt%(PSW-FA(10)–(30))的FA陶瓷样品的最大弯曲强度在92.25–94.71 MPa范围内。就隔热材料而言,粉煤灰添加量的增加对热导率有积极的影响,这是因为陶瓷FA样品内部无机分解反应产生的气体产生了更高的孔隙度。在1150°C烧结的陶瓷样品中添加20wt%–40wt%的高钙粉煤灰可将热导率降低14.78%–49.25%,同时保持可接受的弯曲强度值(~45.67–87.62 MPa)。基于其表现出良好的机械和热性能,利用这种高钙粉煤灰作为粘土成分的替代原料制造瓷砖是可行的。