氧化铝多孔陶瓷的制备和性能研究【毕业论文,绝对精品】氧化铝多孔陶瓷的制备和性能研究摘要:综合论述了国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法及性能的研究进展并对目前存在的问题及将来的研究方向进行了展望。关键词:氧化铝多孔陶瓷、制备、展望一、引文: 多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料通过在材料成形与高温烧结过程中内部形成大量彼此相通或闭合的微孔或孔洞。较高的孔隙率的特性使其对液体和气体介质具有有选择的透过性较低的热传导性能再加上陶瓷材料固有的耐高温、抗腐蚀、高的化学稳定性的特点使其在气体和液体过滤、净化分离、化工催化载体、生物植入材料、吸声减震和传感器材料等众多领域有着广泛的应用前景。多孔氧化铝陶瓷上述优异的性能和低廉的制造成本引起了科学界的高度关注。笔者就目前国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法、性能的研究进展进行综述。二、氧化铝晶体的结构氧化铝，属离子晶体，成键为共价键，熔点为 2050?，沸点为 3000?，真密度为 3.6g/cm。它的流动性好，难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的中的主要原料。有四种同素异构体β,氧化铝δ, 氧化铝γ,氧化铝α,氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。
Al2O外观白色晶状粉名称氧化铝刚玉白玉红宝石蓝宝石刚玉粉corundum 化学式
末或固体。氧化铝和酸碱都能反应，所以此材料不易接近酸碱会腐蚀。三、氧化铝多孔陶瓷的特性多孔陶瓷是以气孔为主相的一类陶瓷材料是由各种颗粒与结合剂组成的坯料经过成型、烧成等工艺制得的调节各种颗粒料之间的矿物组成、颗粒级配比和坯料的烧成温度多孔陶瓷可具有不同的物理和化学特性，多孔陶瓷材料孔道分布较均匀便于成型及烧结具化学稳定性好质轻耐热性好比表面积大良好的抗热冲击性质等特性。由于多孔陶瓷所具有的很多优良特性现代科学技术的进一步
发展新型多孔陶瓷材料受到人们的关注现已广泛应用与国民生产的诸多领域如保温隔热材料、过滤器材料、催化剂载体、吸音、隐身材料等而其节能及过滤等方面的研究与开发都使得多孔陶瓷作为环保型绿色材料有着广阔的应用前景。 2O3 多孔陶瓷的特点是造价低机械强度高绝缘度高耐高温耐高压 Al等特点。其产品可用于电子电器热工仪表石油化工等领域。四、氧化铝多孔陶瓷的制备多孔氧化铝陶瓷的制备方法多孔氧化铝陶瓷的制备工艺主要包括孔结构的形成坯体的成形和坯体的烧结 3 个方面。关于孔结构形成的方法既有传统的通过机械挤出成孔法、颗粒堆积形成气孔法、添加造孔剂成孔法、发泡工艺成孔法、有机泡沫浸渍成孔法1也有新型的铝板阳极氧化法、溶胶-凝胶法等。关于坯体成形工艺主要有模压成形法2、凝胶注模成形法、固体粒子烧结法、挤压成形法等。如何得到高的气孔率且能较好地控制孔径及其分布、形状、三维排列等则需要选择合适的方法和工艺。下面介绍几种氧化铝多孔陶瓷常用的制备方法。(1) 造孔剂成孔凝胶注模法高温烧结法造孔剂成孔法是将一定量的造孔剂添加到陶瓷坯料中造孔剂在坯体中会占据一定的空间经过低温烧结后造孔剂离开基体形成气孔得到多孔陶瓷。造孔剂的种类分为有无机和有机两大类。无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解的盐类以及煤粉、碳粉等?谢炜准林饕翘烊幌宋 ?叻肿?a name=baidusnap2>聚合物和有机酸等如淀粉、尼龙纤维等。目前应用较多的是加入有机造孔剂且效果较好。由于造孔剂颗粒的大小及形状决定最终成孔的大小和形状且造孔剂添加量决定了最终的气孔率所以选择合适的造孔剂是制备多孔陶瓷的关键问题。凝胶注模成形法利用料浆内部或少量添加剂的化学反应作用使陶瓷料浆原位凝固形成坯体获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯从而显著提高材料的可靠性。目前应用造孔剂成孔凝胶注模法高
温烧结法制备多孔陶瓷是比较普遍的方法且制得的多孔陶瓷孔结构好力学性能相对来讲也较理想。邵庄等采用凝胶注模和加造孔剂的工艺用甲基丙烯酸—羟乙酯
HEMA取代丙烯酰胺AM作为单体用十二烷基硫酸钠作为造孔剂将样品于 1 600?下保温 2 h 烧结成功制备出了气孔率为 80的、结构均匀的氧化铝多孔陶瓷。(2) 发泡工艺成孔凝胶注模成形高温烧结法发泡工艺成孔是将有机化学物质如长链的表面活性剂生物大分子如蛋白质8或无机化学物质如碳酸氢铵、碳酸钙、十二烷基磺酸钠等添加到陶瓷组分中经处理形成挥发性气体产生的泡沫经干燥和烧成制得多孔陶瓷。此工艺的优点是易于控制制品的形状、成分和密度且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷尤其特别适用于生产闭气孔的陶瓷制品。关于有机的发泡剂目前存在如下问题:?采用传的长链的表面活性剂发泡制备泡沫的稳定性较差?在气液界面的吸附能较低容易脱附所以在表面张力的作用下气泡容易出现长大排水和塌陷等现象泡沫结构迅速变化会给后续陶瓷成形工艺带来不便。杨金龙等采用短链两亲分子戊酸修饰氧化铝颗粒使其具有部分的疏水性在机械搅拌的作用下制备出稳定的泡沫浆料并结合凝胶注模成形技术经高温烧结成功制备了高气孔率、高强度的氧化铝泡沫陶瓷。(3) 有机泡沫浸渍成孔凝胶注模成形高温烧结法有机泡沫浸渍成孔法是将制备好的料浆均匀地涂覆在具有开孔的三维网状骨架的有机泡沫网状体上低温干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。此方法首先要考虑孔的形状和大小同时还要求泡沫要有一定的亲水性和足够的回弹性。另外还需要考虑泡沫的气化温度要求低于陶瓷的烧结温度所以关键问题是有机泡沫的选择。李飞舟等以 PAA-NH4 与阿拉伯树胶为分散剂采用有机泡沫浸渍和凝胶注模工艺制备了不同气孔率的氧化铝陶瓷。探讨了工艺参数对坯体的干燥和烧结状况的影响以及有机泡沫的压缩比对多孔陶瓷的气孔率的影响。(4) 溶胶-凝胶法高温烧结法溶胶-凝胶法主要是利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔形成可控的多孔结构。主要用来制备微孔陶瓷材料特别是微孔陶瓷薄膜。薛明俊等用Sol-Gel 法制备氧化铝多孔陶瓷。AKritikaki 等研究了分别将纳米粉以γ-Al2O3 粉末和水铝石溶胶两种形式加入微米尺寸的氧化铝粉末中其弯曲强度和气孔率都得
到一定的提高以溶胶形式成形的多孔氧化铝陶瓷的弯曲强度提高更明显。(5) 阳极氧化法阳极氧化法是用电化学技术在铝的表面原位生长制备多孔氧化铝膜的一种方法。通过阳极氧化制备的氧化铝膜是多孔状的、具有六角柱状膜孔结构的膜。刘东阳等采用阳极氧化法制备多孔氧化铝陶瓷膜研究了电流密度、氧化时间和电解液对铝表面原位生长多孔氧化铝膜的影响。当电流密度增大时电解液对膜层的浸蚀溶解程度加重电解液进入氧化膜内会导致孔洞的产生在较小的电流密度下膜层中基本无孔洞产生。随氧化时间延长则会使膜层中本已存在的孔洞尺寸进一步增大进而孔洞数量下降。(6) 造孔剂成孔挤压成形高温烧结法此方法是通过加入造孔剂成孔再加入一定量的粘结剂和烧结促进剂然后将浆料混合练混挤出成形。成形后的坯体在低温下除去粘结剂然后高温烧结制得氧化铝多孔陶瓷。整个工艺中核心工序是挤出成形其中成形模具又是挤出成形的核心技术。漆虹等以 Al2O3 为骨料添加一定数量的烧结促进剂通过挤出成形在介于 11001400?的温度下烧成制备出管式多孔陶瓷支撑体。ToshihiroIsobe 等研究组以聚酸乙烯酯、碳纤维、尼龙 66 纤维为造孔剂加入粘接剂和烧结促进剂通过挤压成形的方法成功制得了具有较好地定向排列的两种尺寸的多孔陶瓷。其中采用尼龙 66 纤维为造孔剂在 600?除去粘结剂于
1 500?烧结 2h制得了定向排列的微孔尺寸分别为16μm 和46μm的多孔陶瓷。(7) 新型方法上述介绍的方法为制备多孔陶瓷的较普遍采用的方法。各种方法都有其自身的优点但也有不足之处。如采用发泡工艺成孔时?谝欢ǖ奈露壬战崾笨扇嘉镌谌忌蘸蠡崃粝麓罅康幕曳智医峁共痪炔捎迷炜准凉ひ粘煽资庇捎诖蠖嗍炜准恋姆纸馕露然蛉忌瘴露冉系偷北环纸饣蛏粘蟛糠制谆崴孀盼露鹊纳叨獗栈蛳А,孀叛芯康纳钊胍恍?滦偷闹票阜椒ㄏ嗉逃肯帧,?模板法、定向冷冻浇注法、两种方法结合法等。于景媛等将等直径的发泡聚苯乙烯EPS小球排列成有序的模板通过在模板内离心成形制备孔径均匀的多孔氧化铝陶瓷程晓农等利用 Al2O3 和木屑混料分别采用直接烧结和分步炭化烧结的方法制备了一种具有木材管胞组织结构
的多孔 Al2O3 陶瓷20。Byung-HoYoon 等采用了定向冷冻浇注法制备了多孔氧化铝陶瓷首先在-3?时制备浆料之后 35?热处理 24 h最后在 1 600?煅烧 3 h。Ding Xiangjin 等采用溶胶-凝胶工艺与发泡法相结合的方法制备了具有平行通道的多孔氧化铝陶瓷并分别在800?、1 000?、1 200?下烧结结果表明:制品的体积收缩?时所得的孔结构不仅具率和压缩强度随着温度的升高而增大。当烧结温度为1200
有平行通道同时还具有双孔结构。如下两种氧化铝多孔陶瓷的制备和特性:1、粉煤灰-氧化铝多孔陶瓷 (1)粉煤灰中的 SiO2 与所加的 Al2O3 之间在高温下可以发生固相反应2SiO23Al2O3?2SiO23Al2O3，而生成莫来石晶相，有利于提高复合陶瓷的强度。但过量的氧化铝掺量并不利于莫来石的生成。当粉煤灰与氧化铝的质量?0.9，1250?烧结时可得到强度较高的复合陶瓷。 (2)末掺加造孔剂的比约为
1
粉煤灰-氧化铝陶瓷具有 28.4的孔隙率。利用粉煤灰和氧化铝及一定量的造孔剂可制备出抗压强度 17.3MPa,30.2MPa、显孔隙率30,48、孔径为2,12μm 的微米级的多孔陶瓷。 (3)选用 10的淀粉与木粉混合作为造孔剂为时，所得多孔陶瓷具有抗压强度 20MPa 左右、气孔率 45左右，气径大小为2,5μm 且孔隙分布均匀的优越性能。2、凝胶注模制备氧化铝陶瓷采用凝胶注模结合发泡法制备了氧化铝多孔陶瓷。借助 NDJ-1 型旋转式粘度计、压汞仪、SEM 等表征方法研究了固相含量、pH 值对浆料粘度的影响、在以及多孔氧化铝陶瓷的孔径分布和断口形貌。1650?下烧成制备出了体积密度在 1. 321. 82 g/cm3、气孔率在 5467、耐压强度在 19. 742. 9 MPa之间的多孔氧化铝陶瓷。凝胶注模结合发泡法可以制备出性能优异的氧化铝多孔陶瓷。由于多孔氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、耐磨性、耐侵蚀、热导率低、化学稳定性好等优良性能被广泛应用于熔融金属过滤、热气体过滤、微孔膜、传感器、隔膜材料和固定化酶载体以及保温隔热等。多孔氧化铝陶
瓷的主要制备方法有:氧化铝空心球烧结法其工艺简单、成本低但是气孔率较低强度偏低。添加造孔剂法此种工艺简单、可制得形状复杂及各种气孔结构制品但是气孔分布均匀性差、气孔率低溶胶凝胶工艺此工艺适于制备微孔陶瓷及薄膜材料、气孔分布均匀而缺点是工艺条件不易控制生产率低且不易得到大的块体多孔陶瓷发泡工艺此工艺产品气孔率大、强度较高、适于制备闭气孔材料缺点是对原料要求高工艺条件不易控制有机泡沫浸渍工艺其工艺简单、成本高、能制备高气孔率制品并且强度较高而不足之处是不能制备小孔径闭气孔制品、制品形状受限制、成分密度不易控制借助凝胶注模新工艺制备氧化铝多孔陶瓷主要有两种途径。一是引入烧失物如石墨或炭黑等此工艺制备出的材料气孔率低、成本较高等。二是结合发泡工艺目前可以制备出的高气孔率多孔陶瓷但强度不高。采用凝胶注模结合发泡工艺制备氧化铝多孔陶
瓷得到了气孔率较高且强度高的多孔氧化铝陶瓷。五、氧化铝多孔陶瓷的孔径分布( 1) 孔结构的形成机制由于膜孔主要是由很多粒子团聚后在粒子之间形成的空隙因此孔结构孔径、孔隙率受颗粒三维空间的几何分布或颗粒自身的几何尺寸的影响。在研究中总是理想化地把原料颗粒看成球形的按规则堆积方式有不同的气孔率。当骨料为准球形颗粒时孔径与骨料粒度的关系可由下式表示:d 0.154D 式中 d 为孔径D 为骨料粒度。但实际上粉体堆积并不规则对于等径球的不规则堆积其气孔率只与堆积方式有关而与颗粒大小无关其对应关系可按下述经验公式计算:ε
1.072-0.1193n0.00431n2 式中ε为气孔率n为平均配位数。因此对于平均配位数较高ngt14的细骨料而言提高颗粒尺寸的均匀性是提高材料气孔率的重要途径。对于氧化铝粉体可先经球磨后再用筛分法和水力沉降法分级。而对于平均配位数较低的粗骨料虽然其可以有较高孔隙率但由于其相互接触的点相应地减少故机械强度降低二者之间有如下线性关系:P-aDb 式中 D 为骨料粒度a、b 为与骨料性
质、粘结剂数量以及成型方法相关的系数。因此在实际制备过程中需综合考虑孔隙率和强度的双重因素。孔径分布是用以表征开口孔材料的一个重要参数Kwan 等人
7通过试验确定了采用无囊热等静压技术制备的多孔氧化铝膜中的孔径分布。发现
孔径分布取决于烧结前粉末的尺寸和烧结体中开口气孔率值并由提出了一个用平均颗粒尺寸和开口气孔率预测制品孔径分布的经验模型从而将孔径分布与比其更易确定的初始颗粒尺
空口孔隙率性质联系起来: ε 1-e-cdmod/P50 或寸和
dmodP50-1cln1-ε 式中 dmod 为模型当量孔径P50 烧结前的平均粒径。即标
准化平均粒径后的模型孔径与1-ε之间遵循着自然对数的函数关系。研究结果还
发现随着孔隙率水平的降低孔径分布逐渐宽化。由此提出了一个标准化平均粒径后孔径分布 10、50与 90处的孔径值。孔径分布的另一个特点是正向偏斜即孔径分
布曲线在大孔尺寸处拖尾。不过这种偏斜随着开口孔隙率的降低而逐渐消失。(2) 孔径的变化规律有关氧化铝微滤膜孔径的变化规律文献报道之间存在有较多矛
盾。如Luevanen 等人认为膜孔径随烧结温度增加而变大黄培认为膜孔径随烧结温
度增加而减小杨维慎等人认为膜孔径与配方密切相关Phines 等人认为烧结中期氧
化铝坯体的孔径不随烧结温度升高而变化产生这些矛盾的主要原因一是测定方法的不同所致二是没有考虑膜厚对孔径的影响。王沛等人采用泡压法测定了孔径分布并考察了膜厚对膜孔径的影响认为膜泡压孔径随膜厚增加而减小随烧结温度升高膜孔道实际几何基本不变孔径由于颗粒长大而增大。rr0e-b1dbgt 0r0lt 0 式中 r0 与b 为回归系数r 为泡压孔径d 为原料颗粒粒径。六、氧化铝质多孔陶的应用( 1) 熔融金属过滤金属中夹杂物的数量、形态、尺寸、类型以及杂质和气体等对其强度、塑性、韧性等均有重大影响。目前研究的采用多孔陶瓷过滤器净化
金属液该方法可以有效的净化金属液提高金属的内在质
量和纯净度并且简单实用是一种极有前途的方法。多孔陶瓷过滤器
净化金属液的机理除了机械和反应过滤外更重要的是对金属液起“整流”作用这种作用使得金属液渣包被破坏同时延长渣上浮时间从而达到净化金属液的作用。氧化铝陶瓷过滤器按结构划分有颗粒状、芯型、网状、蜂窝状和泡沫等。表 2 是国内外厂家的氧化铝泡沫陶瓷过滤器的应用情况。( 2) 控制大气污染2.1 汽车尾气净化处理随着汽车尾气排放标准越来越高对净化器的要求也日益提高 :抗
热震性好、强度高、热膨胀系数低、压降小、寿命长起燃快催化转化效率高等。氧化铝用于汽车尾气净化催化剂的载体从形状上可分为颗粒状和整体两类。颗粒状载体主要为球形其材料为活性氧化铝可添加其它氧化物如 ZrO2。整体式载体主要为蜂窝状其材料为氧化铝陶瓷。活性氧化铝主要指γ -Al2O3它具有大的比表面积 200300 m2/g并且有很好的机械强度粒径在 26mm 内制备简单价格低廉装填容易早期多采用此类载体。但是由于活性氧化铝载体密度大热容量高暖机性能差又是堆积式填装易导致发动机排气阻力增大背压大油耗上升功率下降且在转化器中易磨损粉化造成二次污染。目前已被整体式蜂窝状载体所取代。2.2 净化工业废气在一些行业如自行车、缝纫机、漆包线等行业的烤漆工序中放出大量的有害气体可采用多孔陶瓷载体催化器净化。其原理是利用催化燃烧法将有机废气转化为无毒的二氧化碳和水。催化燃烧转化主要靠 Pd 完成但陶瓷载体材质却有多种。氧化铝陶瓷具有优异的耐热性、高
化学稳定性是理想的催化剂载体。NOx 排放量有 2/3 是来自于发硬度和优异的
电厂和工业窑炉的烟气为了减少这种因燃烧而产生的烟气也是催化燃烧法这种经济而有效的技术。其高温催化剂载体是氧化铝
质的多孔陶瓷。Al2O3-SiO2 和 MgAl2O4 也是良好的高温催化剂载体。( 3) 微孔膜氧化铝特别适合制成陶瓷分离膜。采用不同的制备工艺可以制备孔径尺
同孔径的分离膜。与高分子膜相比陶瓷分离膜耐高温寸从 4 n m15μm 的不
强度高可适用高压体系耐腐蚀对于堆积在膜表面或微孔内的有机物可采用酸洗或高温烧失处理。陶瓷分离膜在高温烟气分离、各类油与水的分离、各类研磨油的再生、污水处理、排放液中有用物质的回收超纯水的制备等方面有着广阔的应用前景。例如应用孔径为0.05μ m 左右的氧化铝陶瓷膜可彻底清楚糖蜜排放液中的浑浊物质其透过速度是有机膜的 4 倍还可以用于从淀粉糖化溶液中分离葡萄糖。表3 给出了氧化铝陶瓷分离膜的应用实例。(4) 传感器氧化铝
多孔陶瓷可被用作湿度传感器其工作原理是空气中的水被吸附到多孔的表面上引起了材料的电导的变化即空气湿度越大多孔陶瓷吸附的水层越厚则传感器的电导越大因此可以根据材料电导的大小来推断周围环境的湿度。5 隔膜材料氧化铝多孔陶瓷还可以用作电解隔膜及电池用隔离板等。这是利用多孔陶瓷与液体和气体接触面积大槽电压比一般材料低得多的特点来制造的。多孔陶瓷制作的电解隔膜材料可大大降低电解槽电压提高电解效率节约电能和电极材料。其形状多为板状和管状在化学电池、燃料电池和光化学电池中都有应用。多孔陶瓷制作的电池用隔离板可代替各种电池的有机元件大大延长电池的使用寿命。6 固定化酶载体酶是生物为了提高其生化反应效率而产生的生物催化剂具有不同专一性的酶只能催化不同的生化反应酶的固定化要求固定化的酶载体。1975 年 Messing 用孔径 17.5 nm、比表面积 100 m2/g、2560目
球状 Al 2 O 3 陶瓷固定葡萄糖异构酶。山铝研究院曾研究由玉米?葡萄糖 ? 高果糖浆含果糖 5060的固酸载体其固定酶活已达 8 00010 000 个单位 /g-氧化铝要求 7 000食用这种糖浆既有甜度又可防止人体发胖。七、展望氧化铝多孔陶瓷的研究和开发已经
受到人们的普遍重视许多应用技术已经成了可能。人们对制备过程中简化工艺、提高效率、降低成本的要求日益提高。目前仍需要解决以下几个问
题 :?氧化铝陶瓷的脆性这是其致命缺点限制了氧化铝多孔陶瓷在许多领域的应用 ? 提高氧化铝多孔陶瓷的强度处理好强度与气孔率的关系 ? 找到精确控制氧化铝多孔陶瓷孔径大小、形状分布的方法 ?改善多孔陶瓷的制造工艺降低成本以便于大规模生产。随着工业的迅速发展氧化铝多孔陶瓷材料在环保、能源和化工方面有着广阔的应用前景主要在以下几方面 :? 作为催化剂载体应用于汽车尾气处理。汽车尾气处理装置的核心部分是多孔陶瓷催化系统多孔陶瓷作为催化剂载体即将催化剂沉积在基体内部气体表面 .
海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷 孙阳;薛伟江;孙加林;周国治;黄勇 【摘要】利用海藻酸钠的离子凝胶过程,采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺,成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷,整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。研究结果表明,1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200μm左右,且与固相含量的关系不大,而孔壁上存在0.3μm~0.5μm的小孔。通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控,研究表明,随着固相含量从5wt%提高到15wt%,材料的密度从0.87 g/cm3提高到1.16 g/cm3,渗透率从2.57×10-11m2下降到2.16×10-11m2,而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa,平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K),而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K),并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。%Alumina ceramic bodies with high porosity characterized by highly ordered and unidirectional oriented pores were successfully fabricated using the ionotropic process of sodium alginate by solvent exchange subsequently with freeze-drying. It is important to point out that the whole process and raw materials are eco-fr iendly. The average unidirectional pore size of samples sintered at 1500℃ for 2 h is 200μm with minor porosity in the pore walls with average pore size of 0.3-0.5μm. The properties of samples can be adjusted by controlling the solid loading in slurry. As the solid loading increasing from 5wt% to 15wt%, the density and compressive strength increased from 0.87 g/cm3 to 1.16 g/cm3 and from (18.9±3.2) MPa to (44.2±5.4) MPa, respectively with permeability de-creasing from 2.57×10-11m2 to 2.16×10-11m2. In
氧化铝陶瓷微孔加工工艺 摘要：多孔陶瓷以其大比表面积、低容重、优异的催化活性、高渗透性、耐 高温性以及耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于过滤器、催化剂载体、保温材料、 敏感元件、生物材料等领域。多孔陶瓷的制备方法有凝胶铸造法、局部烧结法、 直接发泡法、添加游离物质法和冷冻铸造法等。在这些技术中，冷冻铸造法作为 一种简单、多用途、环境友好的多孔陶瓷制备技术，与传统的制备方法相比，提 供了更广泛的孔隙特性。多孔陶瓷的性能高度依赖于孔隙结构，如孔隙率、孔径 分布和孔隙取向等。多孔陶瓷的孔结构不仅受溶剂的影响，而且与冻结过程有很 大的关系，如控制冷却速率、调整浆料的固载量等。 关键词：皮秒激光；微加工；氧化铝陶瓷 引言 多孔陶瓷材料内部存在大量的气孔，具有气孔率高、隔热效果佳、耐高温等 优异性能，将其应用于工业窑炉的炉衬或隔热层等部位，可起到隔热保温、节能 降耗的作用，国内外主流多孔陶瓷材料的耐火度、热膨胀系数、导热系数等性能。目前，多孔陶瓷材料仍存在导热系数较高、保温隔热效果不佳、力学性能较低、 使用寿命较短等问题。究其原因，主要在于多孔陶瓷材料内的气孔数量、大小、 形态等分布不合理。因此，如何制备获得既满足实际需求又具备良好力学性能的 多孔陶瓷材料，是工业窑炉隔热领域亟需解决的关键。 1试验设备及方案 1.1试验设备 本文使用的皮秒激光加工系统主要由激光器、光束整形系统和控制系统等部 分组成。激光器为苏州英谷公司生产的全固态三波段皮秒激光器，其基本性能参 数见表１。光束整形系统由２个四分之一波片、半波片、偏振分光棱镜、扩束镜 和光阑组成。光束整形系统通过扩束镜将光斑直径增加到６ｍｍ，再由光阑滤掉
多孔陶瓷的原材料 多孔陶瓷是一种具有开放或封闭孔隙结构的陶瓷材料。它具有高温稳定性、优异的化学稳定性和良好的吸附性能，广泛应用于过滤、分离、催化、吸附等领域。多孔陶瓷的原材料主要包括陶瓷粉体、添加剂和模板剂。 一、陶瓷粉体 陶瓷粉体是多孔陶瓷的主要原材料，通常由无机氧化物组成，如氧化铝、氧化硅、氧化锆等。这些陶瓷粉体具有高熔点、高硬度和化学稳定性，能够在高温下保持稳定的结构和性能。根据所需的应用要求，可以选择不同种类和粒径的陶瓷粉体。 二、添加剂 添加剂是为了改善多孔陶瓷的性能而加入的材料。常见的添加剂有结合剂、增强剂和抗氧化剂等。结合剂可以提高陶瓷粉体之间的结合强度，增强陶瓷的力学性能。增强剂可以增加陶瓷的抗压强度和耐磨性。抗氧化剂可以提高陶瓷的高温稳定性，延长其使用寿命。 三、模板剂 模板剂是用于形成多孔结构的模板，它可以通过一定的方法在陶瓷材料中形成孔隙。常见的模板剂有有机物、无机盐和聚合物等。有机物可以在高温条件下分解，形成气体释放，从而形成孔隙。无机盐在高温条件下可以溶解，留下孔隙。聚合物可以在高温下烧结形
成孔隙。 四、制备工艺 多孔陶瓷的制备主要包括混合、成型和烧结等过程。首先，将陶瓷粉体与添加剂和模板剂混合均匀。然后，将混合物成型为所需的形状，可以通过压制、注塑或3D打印等方法实现。最后，将成型体进行高温烧结，使其形成致密的结构和孔隙。 五、应用领域 多孔陶瓷具有广泛的应用领域。在过滤领域，多孔陶瓷可以用于固液分离、气固分离和微滤等，例如水处理、空气净化和化学品分离。在催化领域，多孔陶瓷可以作为载体用于催化剂的固定和分散，提高催化反应的效率和选择性。在吸附领域，多孔陶瓷可以用于气体吸附、液体吸附和离子交换等，例如气体储存、废水处理和离子选择性吸附。 六、发展趋势 随着科学技术的不断发展，多孔陶瓷的原材料和制备工艺也在不断创新。近年来，有机-无机杂化材料和纳米孔道材料等新型多孔陶瓷材料得到了广泛关注。此外，利用生物模板和自组装方法制备多孔陶瓷的研究也取得了重要进展。这些新材料和新工艺将进一步拓展多孔陶瓷的应用领域，并提高其性能和效率。 多孔陶瓷的原材料主要包括陶瓷粉体、添加剂和模板剂。通过合理
氧化铝多孔陶瓷的制备和性能研究【毕业论文,绝对精品】氧化铝多孔陶瓷的制备和性能研究摘要:综合论述了国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法及性能的研究进展并对目前存在的问题及将来的研究方向进行了展望。关键词:氧化铝多孔陶瓷、制备、展望一、引文: 多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料通过在材料成形与高温烧结过程中内部形成大量彼此相通或闭合的微孔或孔洞。较高的孔隙率的特性使其对液体和气体介质具有有选择的透过性较低的热传导性能再加上陶瓷材料固有的耐高温、抗腐蚀、高的化学稳定性的特点使其在气体和液体过滤、净化分离、化工催化载体、生物植入材料、吸声减震和传感器材料等众多领域有着广泛的应用前景。多孔氧化铝陶瓷上述优异的性能和低廉的制造成本引起了科学界的高度关注。笔者就目前国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法、性能的研究进展进行综述。二、氧化铝晶体的结构氧化铝，属离子晶体，成键为共价键，熔点为 2050?，沸点为 3000?，真密度为 3.6g/cm。它的流动性好，难溶于水，能溶解在熔融的冰晶石中。它是铝电解生产的中的主要原料。有四种同素异构体β,氧化铝δ, 氧化铝γ,氧化铝α,氧化铝，主要有α型和γ型两种变体，工业上可从铝土矿中提取。 Al2O外观白色晶状粉名称氧化铝刚玉白玉红宝石蓝宝石刚玉粉corundum 化学式 末或固体。氧化铝和酸碱都能反应，所以此材料不易接近酸碱会腐蚀。三、氧化铝多孔陶瓷的特性多孔陶瓷是以气孔为主相的一类陶瓷材料是由各种颗粒与结合剂组成的坯料经过成型、烧成等工艺制得的调节各种颗粒料之间的矿物组成、颗粒级配比和坯料的烧成温度多孔陶瓷可具有不同的物理和化学特性，多孔陶瓷材料孔道分布较均匀便于成型及烧结具化学稳定性好质轻耐热性好比表面积大良好的抗热冲击性质等特性。由于多孔陶瓷所具有的很多优良特性现代科学技术的进一步
氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究 氧化铝陶瓷是一种广泛应用于高温、高压、耐蚀、绝缘等领域的工程陶瓷材料，它拥有良好的物理性能和化学稳定性，在航空航天、核工业、电子器件等领域都有着广泛的应用。在这篇文章中，本文将介绍氧化铝陶瓷材料的制备与性能研究。 1. 氧化铝陶瓷的制备方法 氧化铝陶瓷主要通过粉末冶金工艺制备，综合考虑生产成本、工艺难度、产品 性能等因素，目前广泛采用压力成型烧结方法进行制备。主要包括以下几个步骤： （1）原料制备。氧化铝陶瓷的原料主要由氧化铝粉末、稳定剂和助烧剂组成。稳定剂主要用于调节陶瓷晶格结构，提高其物理性能和化学稳定性；助烧剂则主要用于促进氧化铝陶瓷的烧结过程，使其达到最终的致密化程度。 （2）混合制备。将氧化铝、稳定剂和助烧剂等原料混合均匀，通常采用机械 混合或湿法混合等不同的混合工艺，确保原料的均匀分散。 （3）压制成形。将混合好的原料进行成形，包括干压成形、注塑成形、压制 成形等多种不同的成形工艺。通常根据产品的形状、尺寸和生产工艺等因素进行选用。 （4）烧结处理。将成形好的氧化铝陶瓷进行烧结处理，主要通过高温、高压 等条件使其致密化。目前常用的烧结工艺主要包括钨丝热烧结、等离子烧结等方法，在烧结过程中，需要控制温度、压力和保温时间等因素，以确保成品的物理性能和化学稳定性。 2. 氧化铝陶瓷的性能研究 氧化铝陶瓷具有优良的物理性能和化学稳定性，具备高温、高压、耐蚀、绝缘 等优异的性能特点。目前，研究人员主要从以下几个方面进行了深入的探讨和研究。
（1）物理性能研究。氧化铝陶瓷的物理性能研究主要涉及到其密度、硬度、强度、断裂韧性等方面的测定，以及其热膨胀系数、比热容、导热系数等热学性能的测定。研究发现，氧化铝陶瓷具备高硬度、高强度、高韧性等特点，并且具有较低的热膨胀系数和较高的比热容，这些物理性能优势使得氧化铝陶瓷成为了高温、高压等恶劣条件下的理想工程材料。 （2）表面性能研究。氧化铝陶瓷的表面性能研究主要涉及到其耐腐蚀性、耐磨性、耐热性等方面的探讨。研究表明，氧化铝陶瓷具有较好的化学稳定性和抗腐蚀能力，同时其硬度较高、断裂韧性也较好，因此具备较好的耐磨性和耐热性。 （3）微观结构与性能研究。氧化铝陶瓷的微观结构和性能密切相关，研究表明，氧化铝陶瓷的晶粒尺寸、晶格结构、缺陷类型等因素将直接影响其物理性能和化学稳定性，因此研究氧化铝陶瓷的微观结构非常重要。目前，研究人员主要通过透射电子显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射等技术手段进行微观结构和性能分析，深入探讨氧化铝陶瓷材料的微观机制和性能特点。 总之，氧化铝陶瓷作为一种优良的工程陶瓷材料，其制备技术和性能研究一直是材料科学的研究热点。未来，随着设备制造、电子器件、新能源等领域的不断发展，氧化铝陶瓷在各个领域中的应用将会越来越广泛，同时也将为材料科学的发展带来更多的挑战和机遇。
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展 近年来，随着科技的不断进步，多孔陶瓷的制备技术越来越受到人们的。多孔陶瓷具有优异的物理化学性能，如高透气性、高渗透性、耐高温、耐腐蚀等，使其在许多领域具有广泛的应用前景。本文将重点冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究进展。 多孔陶瓷的制备方法有很多，包括物理法、化学法、模板法等。物理法主要包括球磨法、烧结法等；化学法主要包括溶胶-凝胶法、聚合物泡沫浸渍法等。这些方法在制备多孔陶瓷时都存在一定的局限性，如制备过程复杂、成本高、孔结构不易控制等。因此，需要探索一种简单、高效、可控的制备方法。 冷冻干燥法是一种新型的制备多孔陶瓷的方法，该方法主要利用冰在低温下升华的原理，将含有陶瓷前驱体的溶液进行冷冻，然后在真空条件下进行干燥。冷冻干燥法具有以下优点：1）可以制备具有复杂形状和结构的多孔陶瓷；2）可以控制孔径大小和分布；3）制备过程简单、节能环保。然而，冷冻干燥法也存在一些不足，如制备周期长、成本较高，需要进一步改进和完善。 本文采用冷冻干燥法制备多孔陶瓷，进行了实验设计、材料制备、性能测试等方面的工作。我们选取合适的陶瓷前驱体和溶剂，制备出具
有一定粘度的溶液。然后，将溶液进行快速冷冻，并在真空条件下进行干燥。对制备出的多孔陶瓷进行性能测试，包括孔径大小、孔隙率、抗压强度等方面。 通过与其他制备方法相比，我们发现冷冻干燥法在制备多孔陶瓷方面具有明显的优势。冷冻干燥法可以制备出具有复杂形状和结构的多孔陶瓷，这是其他方法难以实现的。冷冻干燥法可以精确控制孔径大小和分布，从而满足不同领域的应用需求。冷冻干燥法的制备过程简单、节能环保，具有很高的实际应用价值。 近年来，利用冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究取得了重要进展。在机制分析方面，科研人员深入研究了冷冻干燥的原理和过程，提出了许多有价值的理论。在工艺优化方面，通过不断改进制备工艺，提高了多孔陶瓷的性能和稳定性。在产品应用方面，冷冻干燥法制备的多孔陶瓷在许多领域都得到了广泛的应用，如催化剂载体、过滤分离、生物医学等。 然而，尽管冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究取得了一定的进展，但仍存在许多不足之处，需要进一步研究和探索。例如，如何进一步降低制备成本和提高生产效率，如何控制多孔陶瓷的微观结构和性能，以及如何拓展其应用领域等。
多孔陶瓷/橡胶胶复合材料的制备及声吸收特性研究开题报告由于潜艇自卫能力差，缺少有效的对空防御武器，对于吸声性能显得尤为重要。虽然一定结构的高分子材料是一种优良的吸声单元还是良好的吸声载体，但其以驰豫吸收为主，比重较高，粘滞吸收小，基本无热传导吸收，声腔的结构受到一定程度的限制。多孔材料可以提供大量的空腔和界面积，增加粘滞吸收系数。多孔陶瓷具有均匀的透过性，较大的比表面积，低密度，低热传导率，以及耐高温、耐腐蚀、化学稳定性好、机械强度高和易于再生等特点，其吸声性能是通过内部大量连通微小空隙和孔洞实现的。当声波沿着微孔或间隙进入材料后，由于空气的粘滞性以及材料的热传导，使声能不断衰减，起到了吸声作用。 1.1 多孔陶瓷的分类 1. 根据形状大致分为两大类：蜂窝状和泡沫状多孔陶瓷。蜂窝状多孔陶瓷中的气孔单元排成二维的阵列，而泡沫状多孔陶瓷则由胞状中空多面体在三维空间排列而成。 2. 根据孔径大小分为三类：孔径<2nm的称为微孔陶瓷，孔径介于2nm至50nm之间的称为介孔陶瓷，孔径大于50nm的称为宏孔陶瓷。 3. 根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类:粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。 4. 根据结构特征，可分为无定形，次晶和晶体三类。无定型缺少长 程有序，孔道不规则，因此孔径大小不是均一的且分布很宽；次
晶次晶材料虽含有许多小的有序区域，但孔径分布也较宽:结晶多孔材料的孔道是由它们的晶体结构决定的，因此孔径大小均一且分布很窄，孔道形状和孔径尺寸可通过选择不同的结构来很好地得到控制。 5. 根据材质不同，主要有以下几类： (1) 高硅质硅酸盐材料: 主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷颗粒为骨料, 具有耐水性、耐酸性, 使用温度达700℃。(2) 铝硅酸盐材料: 以耐火粘土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石质颗粒为骨料, 具有耐酸性和耐弱酸性使用温度达1000℃。 (3) 精陶质材料: 组成接近第一种材料, 以多种粘土熟料颗粒与粘土等混合, 得到微孔陶瓷料。 (4) 硅藻土质材料: 主要以精选硅藻土为原料, 加粘土烧结而成, 用于精滤水和酸性介质。(5) 纯碳质材料: 以低灰分煤或石油沥青焦颗粒, 或者加入部分石墨, 用稀焦油粘结烧制而成,用于耐水、冷热强酸、冷热强碱介质以及空气消毒、过滤等。 (6) 刚玉和金刚砂材料: 以不同型号的电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料, 具有耐强酸、耐高温特性, 耐温可达1600℃。 (7) 堇青石、钛酸铝材料: 因其热膨胀系数小, 广泛用于热冲击的环境。 (8) 以其他工业废料, 尾矿以及石英玻璃或者普通玻璃构成的材料, 视原料组成的不同具有不同的应用。
有机泡沫浸渍法氧化铝多孔陶瓷制备研究 康永;张庆 【摘要】有机泡沫浸渍法是当前制备多孔陶瓷最为常见的一种工艺,因其可以制备出气孔分布均匀、气孔率超高、贯通且结构为三维立体网络状的多孔陶瓷.本文研究了添加不同种类以及不同含量的分散剂对α-A12O3在悬浮液中稳定性的影响,结果表明当固含量为5 wt%时,选用阿拉伯树胶分散剂、且添加量为0.8 wt%时,α-Al2O3悬浮液的稳定性最佳.为了有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度,通过实验研究选择的助烧剂质量比为2:1的SiO2/CuO,添加量为3wt%.使用气孔率分别为75%、80%、95%的有机泡沫模板,在固含量选取为30 wt%的悬浮液中浸渍后干燥,最后在1200℃烧结2 h,分别制备得到了气孔率为65%、72%、93%的多孔氧化锅陶瓷. 【期刊名称】《佛山陶瓷》 【年(卷),期】2016(026)011 【总页数】5页(P45-49) 【关键词】悬浮液稳定性;有机泡沫浸渍法;多孔氧化铝陶瓷;助烧剂 【作者】康永;张庆 【作者单位】陕西金泰氯碱化工有限公司,榆林718100;陕西金泰氯碱化工有限公司,榆林718100 【正文语种】中文
多孔氧化铝陶瓷具有热导率低、介电常数低、比表面积大、硬度高、耐磨损、耐高温、抗腐蚀等优良性能，引起了全球材料学界的高度重视，并得到了较快发展，每年这方面的专利都有十几篇，并且有逐年增长的趋势[1]。其应用遍及环保、能源、化工、生物等多个领域，在国民经济发展中起到了重要的作用。 另外，制备多孔氧化铝陶瓷原料来源广泛、价格低廉、生产工艺简单、具有较高的性价比以及很大的商业价值。多孔氧化铝陶瓷现已广泛应用于净化分离“固定化酶载体”吸声减震和传感器材料等众多领域，在航天航空、能源、石油等领域中也具有十分广阔的应用前景[2]。因此，多孔氧化铝陶瓷引起了材料科学界的极大兴趣，成为一个非常活跃的研究领域，每年在这方面都有大量的论文和专利发表，世界上不少国家，尤其是美、日、德等国都非常重视，并投入了大量人力物力进行研究开发[3]。 本文主要的研究方向有两个，首先由于悬浮液是多孔陶瓷的主要框架材料，悬浮液的稳定性是有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷工艺的一个关键因素，所以本文第一部分研究加入不同分散剂（阿拉伯树胶、聚丙烯酸铵、硅溶胶）对悬浮液稳定性的影响，并得出相对于固含量为5%的悬浮液，稳定性最佳的分散剂种类和含量。其次，由于高含量氧化铝陶瓷致密烧结温度不低于1600℃，因此本文选择不同助烧体系进行预实验，向氧化铝粉体中加入不同助烧剂后，进行压片烧结，找出可将氧化铝陶瓷烧结温度降低至1200℃的助烧体系，并在之后的实验中使用该体系作为助烧剂。最后选用合适的有机泡沫，经过预处理后在30%固含量的悬浮液中进 行浸渍、干燥、烧结，并得到气孔率可测的多孔氧化铝陶瓷。 现如今多孔氧化铝陶瓷的应用越来越广泛，但是由于氧化铝本身烧结温度过高，烧结条件比较苛刻，成本较高。有机泡沫浸渍法是制备多孔氧化铝陶瓷最常见方法，因此如何在利用有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷的同时，降低陶瓷的烧结温度就成为了一个重要课题。综合前人有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷和低温烧结
多孔陶瓷的原材料 多孔陶瓷是一种具有独特性质和广泛应用的材料，它的制备过程涉及多种原材料。下面将介绍一些常用的多孔陶瓷原材料以及它们的特点和用途。 1. 粘土类原材料 粘土是制备多孔陶瓷的主要原材料之一。它具有良好的塑性和可塑性，可以通过造型、压制、挤压等方式成型。常见的粘土有陶瓷粘土、腐殖土等。粘土在高温下可以发生烧结，形成致密的陶瓷结构，同时也可以通过控制烧结温度和时间来实现多孔结构的形成。 2. 氧化铝类原材料 氧化铝是一种重要的多孔陶瓷原材料，具有优异的耐高温性能和化学稳定性。它可以通过高温烧结制备成具有高度孔隙率和均匀孔径分布的多孔陶瓷材料。氧化铝多孔陶瓷广泛应用于过滤、吸附、电池隔膜等领域。 3. 硅酸盐类原材料 硅酸盐是一类主要由硅酸根离子和金属阳离子组成的化合物，包括石英、长石、云母等。硅酸盐具有良好的耐热性和耐腐蚀性，是制备多孔陶瓷的重要原材料之一。硅酸盐多孔陶瓷具有较高的孔隙率和较大的比表面积，广泛应用于过滤、吸附、催化等领域。 4. 碳材料
碳材料是一种常用的多孔陶瓷原材料，包括活性炭、炭纤维等。碳材料具有良好的吸附性能和导电性能，可以通过炭化、烧结等方式制备成多孔陶瓷。碳材料多孔陶瓷广泛应用于电池、催化剂载体等领域。 5. 金属类原材料 金属类原材料如铝、镁等也可以用于制备多孔陶瓷。这种多孔陶瓷通常具有较高的强度和良好的导热性能，广泛应用于过滤、隔热等领域。 以上是一些常见的多孔陶瓷原材料，它们各具特点，在多孔陶瓷的制备过程中发挥着不可替代的作用。通过合理选择和组合这些原材料，可以制备出具有不同孔隙度、孔径分布和力学性能的多孔陶瓷，满足不同领域的需求。同时，随着科技的进步和材料工程的发展，新型多孔陶瓷原材料的不断涌现也为多孔陶瓷的应用拓宽了新的领域。
山东理工大学 硕士学位论文 氧化铝多孔陶瓷的制备 及其性能的研究 Study on Properties and Preparation of Al 2O 3 Porous Ceramics 研 究生： 唐钰栋 指导教师： 白佳海 副教授 申请学位门类级别： 工学硕士 学科专业名称： 材料学 研究方向： 先进结构陶瓷 论文完成日期： 2014年4月15日 分类号：TQ174 密 级： 单位代码：10433 学 号：Y1106173
独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：时间：年月日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：时间：年月日 导师签名：时间：年月
摘要 本文以低温燃烧合成的粉体为原料制备多孔氧化铝陶瓷，并研究外加ZrO2、MgO、淀粉燃料、引燃温度，前驱体溶液中Al3+浓度、烧结温度对多孔氧化铝陶瓷的显微结构、显气孔率、维氏硬度、孔径分布的影响规律。主要实验工作和结论如下： 1. 用溶胶低温燃烧合成的粉体制备多孔氧化铝陶瓷，并研究外加ZrO2、MgO、淀粉燃料、引燃温度对多孔陶瓷性能的影响。实验结果表明：随着ZrO2(3 mol%Y2O3)外加量(0、10、15和20mol%)的增多，多孔陶瓷的显气孔率先增大，后略有减小。当ZrO2外加量为15mol%时，尽管多孔陶瓷的显气孔率较大，但Al2O3晶粒的平均尺寸较小，颈部较厚，因此其维氏硬度较高。随着燃烧合成所用的燃料中淀粉外加量的增大(依次为0、15、25、35、45、55 wt.%)，多孔陶瓷的显气孔率呈先增大，后减小的趋势，其中当外加淀粉量为35 wt.%时，制备的多孔陶瓷的显气孔率较大；此外，外加淀粉燃料还会影响Al2O3晶粒形貌，减小Al2O3晶粒尺寸，增强晶粒间颈部结合，提高多孔陶瓷的维氏硬度。外加MgO(0、1、2、3、4mol%)，能使Al2O3晶粒间颈部结合变厚，提高维氏硬度，但没有明显影响多孔陶瓷的显气孔率。 2. 用低温燃烧-H2O2氧化处理法合成的粉体为原料制备多孔氧化铝纳米陶瓷，并研究前驱体溶液中Al3+浓度、烧结温度对多孔陶瓷性能的影响。实验结果表明：随着前驱体溶液中Al3+浓度(分别为0.75、1、1.5、2.0mol/L)的升高，制备的多孔陶瓷的显气孔率升高，多孔陶瓷的气孔孔径分布变宽，最可几孔径变大, 维氏硬度较低；当烧结温度从800℃升高到1200℃时(前驱体溶液中Al3+浓度为2.0mol/L)，多孔氧化铝陶瓷的显气孔率下降，但Al2O3晶粒增大，缺陷增多，晶粒间结合变弱，导致多孔陶瓷的维氏硬度下降。 3. 将前驱体溶液(Al3+浓度为1mol/L)浸渍在滤纸中，然后引燃燃烧合成Al2O3-ZrO2粉体。以合成的粉体为原料，经成型、烧结(1000 ℃)后，可制备多孔Al2O3-ZrO2陶瓷。实验结果表明：当引燃温度从300℃升高到600℃时，多孔陶瓷的显气孔率先减小，后增大；维氏硬度先增大，后减小。其中当引燃温度为400℃时，多孔Al2O3-ZrO2陶瓷的显气孔率较低，维氏硬度较高。 关键词：燃烧合成；多孔陶瓷；氧化铝；氧化锆；淀粉
氧化铝基陶瓷型芯材料制备及性能研究 通过复杂气冷内腔结构改善涡轮叶片的散热能力,已成为先进发动机制造的关键,而陶瓷型芯是铸造具有复杂气冷内腔结构叶片的核心部件,因此,具有较强的研究意义和实用价值。目前,国内外制造高效气冷涡轮叶片所用的陶瓷型芯,按照基体材料主要分为氧化硅基陶瓷型芯和氧化铝陶瓷型芯。 陶瓷型芯的气孔率对其脱除效率影响较大,气孔率高的型芯容易脱除,因此,保证强度的同时提高气孔率是研制高性能陶瓷型芯的主要方法之一。本文以电熔刚玉为基体材料,氧化铝纤维棉为添加相,采用凝胶注模成型工艺制备了氧化铝基陶瓷型芯材料,并对相关性能进行了表征。 本文首先研究pH值、分散剂、球磨时间、纤维和固相含量对浆料粘度的影响。在固相含量为45wt.%、pH=9、球磨24h、分散剂为0.7wt.%、纤维添加量为4wt.%时,制备的浆料粘度最低,约为174mPa·s。 除此之外,研究了常规加热和真空冷冻两种干燥方式对坯体的影响,发现试样经过加热干燥后发生明显的翘曲和凹陷,变形较严重,而经真空冷冻干燥后变形较小,尤其在冷冻机中预冻5h,抽真空干燥24h的实验条件下,试样干燥无任何变形。同时,对坯体干燥后起皮现象也进行了研究,发现添加1wt.%的聚丙烯酰胺可完全抑制坯体的起皮现象。 其次,对凝胶成型制备的陶瓷性能进行了研究,发现陶瓷试样的强度随着固相含量的增加呈先增大后降低趋势,当固相含量为55wt.%时,陶瓷试样的弯曲强度为58.23MPa。随着纤维含量的增加,陶瓷试样的体积密度降低、气孔率增大。 随着烧结温度及保温时间的增加,陶瓷试样的体积密度增大,气孔率降低。当固相含量为55wt.%,纤维添加量为4wt.%,烧结温度为1600℃,保温时间为8h时,
发泡成型制备多孔陶瓷保温材料的研究 一、研究背景： 多孔陶瓷具有化学稳定性好，轻质，耐热性好，比表面积大，良好的抗热冲击性质等特性。多孔陶瓷中气孔的引入，降低了陶瓷材料的热导率，使多孔陶瓷成为一种理想的耐热与隔热材料。传统的窑炉、高温电炉其内衬多为多孔陶瓷。为增加其隔热性能还可将内部气体抽真空。目前世界上最好的隔热材料正是这种多孔陶瓷材料。高级的多孔陶瓷隔热材料还可用于航天飞机的外壳隔热。除此以外,由于其多孔性还可以作为换热材料用,且换热充分。多孔陶瓷应用为隔热材料和换热材料等,对于节能有重大的意义。不仅可以解决传统上热回收的难题,还可以防止热污染,有利于绿色窑炉的实现。 随着陶瓷行业对陶瓷材料性能和制品形状等要求的日益提高，传统的成型方法，如注浆成型、干压成型、热铸成型、注射成型等已不能满足其要求。这是因为传统的成型技术或多或少存在一些问题，如热压铸成型或注射成型所需时间长，坯体强度低，成品率低；等静压成型所需设备昂贵，成本高，无法普及；因此在很大程度上限制了陶瓷行业的发展和应用前景。发泡注凝成型技术是将注凝成型工艺与发泡工艺相结合的一种技术,它有效地利用活性高分子在陶瓷浆料中发生的聚合反应将聚合三维网状结构引入到陶瓷坯体中,通过烧结出去有机物来实现高气孔率多孔保温陶瓷的合成。该工艺突出的特点是它将发泡独立出来进行,利用表面活性剂进行发泡,并可对泡沫性质进行合理的调节,通过高速搅拌使发泡剂充分发泡,在与浆料体系混合后加入有机高分子交联剂,在引发剂和催化剂的作用下,浆料中的活性大分子交联聚合形成三维网状结构,从而使料浆原位固化成型,最后通过干燥烧结形成所需的制品。该技术的出现可以在一定程度上克服传统成型工艺的不足。本实验即通过采用发泡注凝成型技术来制备多孔陶瓷保温材料。
多孔陶瓷制备工艺及测试设计 一、引言： 多孔陶瓷是近年来受到广泛关注的一种新型陶瓷材料,因其基体孔隙结构可实现多种功能特性,所以又称为气孔功能材料。多孔陶瓷不仅具有良好的化学稳定性及热稳定性,而且还具有优异的透过性、高比表面积、极低的电导率及热导率等性能,可用作过滤材料、催化剂载体、保温隔热材料、生物功能材料等,目前已经广泛应用于化工、能源、冶金、生物医药、环境保护、航空航天等诸多领域。 近些年来,随着制备技术取得了长足发展,多孔陶瓷的应用领域也在不断拓宽。相关报道表明,一些经特殊工艺制备的多孔陶瓷已用于光学探测器、药物输送、生物追踪、化学反应控制等方面;有些还可作为介质材料,在一些微型智能设备中完成数据计算、存储及传输等功能,这些领域都是早期发展多孔陶瓷时不曾预料到的。虽然目前已有较多关于多孔陶瓷的综述文献,但近些年来在技术发展推动下,新工艺新应用不断涌现,因此有必要结合一些最新文献对多孔陶瓷的制备工艺进展进行评述分析。 二、实验目的 1、制备新型多孔陶瓷并对其性能进行测试设计； 2、掌握窑炉、BET比表面积测试仪、电子显微镜等仪器的使用； 3、了解多孔陶瓷的研究、发展趋势及相关性能的应用。
三、实验原理 选择合适的造空剂和原料充分混合，经过成型、干燥、合理温度的烧结使造空剂消失，从而得到多孔陶瓷。 四、实验步骤 1、原料的制备 原料选用氧化铝粉体，造空剂选用碳微球。将制备陶瓷的氧化铝粉体与木炭充分混合，经处理制成多孔陶瓷原料。 2、成型 3、干燥一段时间 4、用合适的温度烧结适当的时间 五、测试设计 1、是否为多孔陶瓷 取少量陶瓷颗粒于载玻片之上，滴加一定量乙醇，过一段时间在盖上载玻片，放在电子显微镜上观察，电脑上显示出观察的图片，基本可以判断是否为多孔陶瓷。 2、比表面积测定 用BET比表面积测试仪测试。气体选用氢气，标样用碳粉末。实验数据处理后可得其比表面积。 3、导电及导热性能的测试 六、发展趋势 多孔陶瓷材料的应用与研究一直受到人们关注,随着新材料、新结构、新工艺的提出和改善,多孔陶瓷材料的应用领域将继续拓
多孔陶瓷材料制备工艺的孔隙率与过滤性能探究 多孔陶瓷材料作为一种常用的过滤介质，具有孔隙率高、分布均匀等特点，被广泛应用于水处理、气体净化、固液分离等领域。孔隙率是多孔陶瓷材料制备工艺中一个重要参数，对其过滤性能有着直接影响。本文将探究多孔陶瓷材料的制备工艺对其孔隙率及过滤性能的影响。 多孔陶瓷材料的制备工艺一般包括原料选择、配料、成型、烧结等步骤。首先，原料的选择对多孔陶瓷材料的孔隙率有着重要影响。常见的原料包括粉煤灰、白云石、蛭石等。这些原料中含有大量的无定形杂质，可促使多孔陶瓷材料形成大量的孔隙。同时，原料粒度的选择也会影响孔隙率的大小，较细的原料颗粒能够提高多孔陶瓷材料的孔隙率。 其次，配料过程中的添加剂也对多孔陶瓷材料的孔隙率产生影响。常用的添加剂包括发泡剂、针状亲水剂等。发泡剂能够增加多孔陶瓷材料的孔隙率，但过量添加可能会导致孔隙的不稳定性。而针状亲水剂的添加，可使多孔陶瓷材料的孔隙更均匀地分布，提高过滤性能。 第三，成型过程中的工艺参数也对多孔陶瓷材料的孔隙率产生重要影响。成型方式有挤压成型、压制成型等。挤压成型能够形成更为均匀的孔隙结构，提高多孔陶瓷材料的孔隙率。而压制成型则容易形成不规则的孔隙结构。 最后，烧结工艺是影响多孔陶瓷材料孔隙率的关键步骤。烧结温度和时间的选择对多孔陶瓷材料的孔隙率有着直接影响。温
度过高或时间过长会导致孔隙的粗化，影响多孔陶瓷材料的过滤性能。而温度过低或时间过短则会导致未完全烧结，使得多孔陶瓷材料的孔隙率较低。 总之，多孔陶瓷材料的制备工艺对其孔隙率及过滤性能有着重要影响。原料选择、配料、成型以及烧结等工艺参数都需要合理控制，以获得理想的孔隙率和过滤性能。通过不断优化工艺参数，可以获得更高效的多孔陶瓷材料，为水处理、气体净化、固液分离等领域提供更好的过滤介质。除了孔隙率对多孔陶瓷材料的过滤性能有着直接影响之外，还有其他一些因素也会对过滤性能产生影响。例如，孔隙结构的均匀性、孔径分布的合理性以及孔隙连接性等。 首先，孔隙结构的均匀性对多孔陶瓷材料的过滤性能至关重要。如果孔隙结构不均匀，即有些区域的孔隙更密集或更大，而其他区域的孔隙较少或更小，那么在过滤过程中就会导致液体或气体的流通不畅，影响过滤效果。因此，在制备多孔陶瓷材料时，需要注意控制原料的添加量和均匀性，以确保孔隙结构的均匀性。 其次，孔径分布的合理性也会影响多孔陶瓷材料的过滤性能。在过滤过程中，不同的颗粒大小需要通过不同大小的孔径进行筛选，因此如果孔径分布不合理，即孔隙过于集中于某一范围，或者过于分散，都会导致部分颗粒难以通过孔隙，从而影响过滤效果。为了得到合理的孔径分布，可以通过调整原料的粒度分布和添加适当的添加剂来实现。
第一章综述 1.1 多孔陶瓷的概述 多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。 多孔陶瓷的种类繁多，几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。根据所选材质不同，可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05～600µm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的优良性能，使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。如利用多孔陶瓷比表面积高的特性，可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等；利用多孔陶瓷吸收能量的性能，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷
的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。 1.2 多孔陶瓷的制备方法 多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。 多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。 本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。此外,也可以 在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最
多孔陶瓷材料制备工艺技术 多孔陶瓷材料是一种具有均匀开放孔隙结构的陶瓷材料，具有低密度、高比表面积和优良的渗透性等优点，广泛应用于过滤、吸附、催化和传热等领域。多孔陶瓷的制备工艺技术涉及研磨、成型、烧结和后处理等环节。 首先，研磨是多孔陶瓷制备的第一步。研磨是将原料进行粉碎、混合和混合的过程，以获得细粉末和均匀的化学组成。常用的研磨方法有球磨法和振动磨法。球磨法通过将原料粉末与高硬度的球体一起放入球磨罐中，在球磨罐内进行摩擦和撞击，从而达到粉碎原料的目的。振动磨法则是通过振动磨碎机将原料粉末放入磨碎机中进行高频振动，使原料粉末相互碰撞和摩擦，从而实现研磨的效果。 其次，成型是多孔陶瓷制备的关键步骤之一。常用的成型方法有压制成型、注塑成型和糊状注模成型。压制成型是将研磨后的粉末放入成型模具中，在高压下进行压制，使粉末形成固体状。注塑成型是将研磨后的粉末与有机物料混合均匀，然后通过注射设备将混合物注射到成型模具中，在高温条件下固化形成固体。糊状注模成型是将研磨后的粉末与粘结剂混合均匀，然后将混合物倒入成型模具中，经过一段时间的自由降落，使粉末粘结成固体。 再次，烧结是多孔陶瓷制备的重要步骤。烧结是将成型好的陶瓷体加热到高温，使其发生化学反应或表面扩散，从而实现颗粒间的结合，形成坚固的陶瓷材料。常用的烧结方法有氧化铝烧结、碳化硅烧结和氮化硅烧结等。在烧结过程中，需要控制
烧结温度、时间和烧结气氛等参数，以确保烧结过程的顺利进行。 最后，多孔陶瓷材料的后处理是为了提高其性能和应用范围。常见的后处理方法有烧结致密化、涂层和掺杂等。烧结致密化是在烧结后将陶瓷材料进行再烧结，以增加其致密度和强度。涂层是在多孔陶瓷材料的表面涂覆一层特殊材料，以改善其表面特性和改变其使用性质。掺杂是在多孔陶瓷材料中加入其他元素或化合物，以改变其特性和功能。 综上所述，多孔陶瓷材料的制备工艺技术包括研磨、成型、烧结和后处理等环节。通过科学控制每个环节的工艺参数，可以获得具有良好孔隙结构和优良性能的多孔陶瓷材料。随着技术的不断发展，多孔陶瓷材料将在更广泛的领域得到应用。
氧化铝陶瓷膜材料的制备与性能研究 一、研究背景 氧化铝陶瓷是一种重要的高温材料，具有良好的耐热性、耐腐蚀性、低介电常数等特性，被广泛应用于高温环境中的机械、电子、光学等领域。氧化铝陶瓷材料主要通过氧化铝膜材料制备而成，因此氧化铝膜材料的制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发和应用具有重要意义。 二、氧化铝膜材料的制备 1. 溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是制备氧化铝膜材料的常用方法之一。该方法主要通过水解混合溶液中的铝硝酸盐，使其形成胶体溶液，然后通过加热干燥形成氧化铝凝胶。最后，利用高温处理方法将氧化铝凝胶转化为氧化铝膜材料。 2. 离子束溅射法
离子束溅射法是一种物理气相沉积方法，可以制备出高质量的氧化铝膜材料。该方法主要通过将高能离子束瞄准于氧化铝靶材表面，使其表面原子被击碎并在基底表面沉积形成氧化铝薄膜。该方法制备出的氧化铝膜具有良好的致密性和均匀性。 3. 电化学氧化法 电化学氧化法是利用电化学反应制备氧化铝膜的方法。该方法主要利用铝或铝合金作为阳极，在电解液中施加电压，通过电化学反应形成氧化铝膜。该方法简单易行，但制备出来的氧化铝膜厚度较薄且致密性不如其他方法。 三、氧化铝膜材料的性能研究 1. 机械性能 氧化铝膜材料具有较高的硬度和弹性模量，能够承受较大的外力和划伤，因此可以应用于高硬度和高耐磨的领域，如磨损件、机械密封件等领域。
2. 光学性能 氧化铝膜材料具有良好的透明性和高反射率，可用于光学透镜、光学滤波器等领域。同时，氧化铝膜材料还能应用于红外技术中，具有良好的透过红外光的性能。 3. 电学性能 氧化铝膜材料具有低介电常数和良好的绝缘性能，也具有较高 的耐电性能和高压电常数，可用于超高频和微波领域的电子元件。 四、结论 氧化铝陶瓷膜材料制备和性能研究对于氧化铝陶瓷材料的开发 和应用具有重要意义。溶胶-凝胶法、离子束溅射法和电化学氧化 法是常用的氧化铝膜材料制备方法。氧化铝膜材料具有较高的机 械性能、光学性能和电学性能，同时具有广泛的应用前景。
氧化铝陶瓷的制备工艺及其性能研究 氧化铝陶瓷是一种常见的陶瓷材料，具有高温稳定性、机械强度高、耐化学腐 蚀等优异性能，因此广泛应用于电子、航空航天、军工、医疗等领域。在本文中，我们将探讨氧化铝陶瓷的制备工艺及其性能研究。 一、制备工艺 氧化铝陶瓷的制备工艺主要包括原料准备、制粉、成型、烧结和后处理等环节。其中，制粉方法和烧结温度是影响氧化铝陶瓷性能的主要因素之一。 1.原料准备 氧化铝陶瓷的主要原料是高纯度氧化铝粉，其纯度要求达到99.9%以上。同时 还需要添加一定量的助剂，如结合剂、增塑剂等，以提高陶瓷的成型性和机械性能。 2.制粉 制粉的方法主要有机械法、化学法、物理法等，其中机械法是制备氧化铝陶瓷 常用的方法。其主要流程包括粉碎、筛选和磨细等环节。通过优化制粉工艺，可以获得均匀一致的粉体，有利于后续的成型和烧结。 3.成型 成型的方法主要有压制法、注射成形法、挤出成形法等。其中压制法是最常用 的成型方法，其主要流程包括压粉、取出成型件和去模等环节。通过不同的成型方法，可以得到不同形状和尺寸的氧化铝陶瓷制品。 4.烧结 烧结是将成型后的氧化铝陶瓷制品在高温下进行结合的过程。烧结温度和烧结 时间对氧化铝陶瓷的性能影响很大。通常情况下，烧结温度要达到纯氧化铝的熔点
以上80%左右，烧结时间也有一定的要求。此外，还可以通过添加其他辅助剂、 改变烧结气氛、采用不同的烧结方式等方法来优化烧结工艺，以提高陶瓷的性能。 5.后处理 后处理是指在烧结过程后对氧化铝陶瓷进行的处理工艺，主要包括加工、抛光、镀膜等。通过后处理，可以进一步改善氧化铝陶瓷的表面质量和机械性能。 二、性能研究 氧化铝陶瓷的性能研究主要包括功效、微观结构和机械性能等。 1.功能 氧化铝陶瓷的主要功能特点是高温稳定性和耐腐蚀性。其高温稳定性表现在在 高温下性能稳定，不易发生膨胀、收缩或变形等现象。耐腐蚀性表现在其表面不容易受到化学物质的侵蚀，具有较长的使用寿命。 2.微观结构 氧化铝陶瓷的微观结构主要包括晶粒大小、晶粒形状、晶粒分布和孔隙率等。 这些微观结构参数对氧化铝陶瓷的性能有着重要的影响。例如，晶粒越小，氧化铝陶瓷的强度和硬度越大；孔隙率越小，氧化铝陶瓷的密度和耐腐蚀性越好。 3.机械性能 氧化铝陶瓷的机械性能主要包括硬度、韧性、模量和强度等指标。其中，硬度 是指氧化铝陶瓷耐抗硬物撞击的能力；韧性是指氧化铝陶瓷在受到外力冲击时所能承受的能力；模量是指氧化铝陶瓷在受力后产生的变形程度；强度是指氧化铝陶瓷在受到外力时的破坏程度。 总之，氧化铝陶瓷的制备工艺和性能研究是陶瓷学科的重要方向之一，也是工 业界关注的热点领域。未来，随着技术的进步和需求的不断增长，氧化铝陶瓷的性能将得到进一步提升和拓展。