多孔陶瓷的制备技术
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多孔陶瓷挤出成型工艺多孔陶瓷挤出成型工艺是一种制备多孔陶瓷的方法,其主要原理是通过挤压使陶瓷粉末在模具中形成具有一定孔隙率的坯体,然后在高温下烧结成型。
以下是多孔陶瓷挤出成型工艺的详细介绍:一、原料制备多孔陶瓷挤出成型的原料主要包括陶瓷粉末、有机添加剂和溶剂。
其中,陶瓷粉末是制备多孔陶瓷的主要原料,其颗粒大小和分布对成型过程和成品质量有着重要的影响。
有机添加剂主要是为了提高陶瓷粉末的可塑性和流动性,使其更容易挤出成型。
溶剂则是为了使陶瓷粉末和有机添加剂充分混合,形成均匀的浆料。
二、挤出成型挤出成型是多孔陶瓷制备的关键步骤。
其主要流程包括浆料制备、模具设计、挤出成型和坯体切割等。
具体步骤如下:1.浆料制备:将陶瓷粉末、有机添加剂和溶剂按照一定比例混合,形成均匀的浆料。
2.模具设计:根据所需的多孔陶瓷形状和尺寸,设计相应的模具。
3.挤出成型:将浆料装入挤出机中,通过挤压将浆料挤出模具中,形成具有一定孔隙率的坯体。
4.坯体切割:将挤出成型后的坯体切割成所需的形状和尺寸。
三、烧结成型烧结成型是多孔陶瓷制备的最后一步,其主要目的是使坯体在高温下烧结成型,形成具有一定孔隙率和力学性能的多孔陶瓷。
具体步骤如下:1.预热:将切割好的坯体放入烧结炉中进行预热,使其温度逐渐升高。
2.烧结:将预热好的坯体在高温下进行烧结,使其形成致密的结构和一定孔隙率。
3.冷却:将烧结好的多孔陶瓷坯体从烧结炉中取出,进行自然冷却,待其温度降至室温后即可使用。
总之,多孔陶瓷挤出成型工艺是一种制备多孔陶瓷的有效方法,其具有制备工艺简单、成本低、成品质量高等优点,被广泛应用于过滤、吸附、隔热等领域。
多孔陶瓷材料一.概述多孔陶瓷是一类经高温烧结,内部具有大量彼此连通孔或闭孔的新型陶瓷材料。
随着制备方法的逐渐成熟和控制孔隙方法的不断改进,多孔陶瓷独特的性质越来越受到人们的重视,并已经在不同领域得到应用:冶金方面作为过滤器可除去液态金属中的杂质;石化应用方面,因其优良的化学稳定性可作为催化剂载体;汽车行业用来吸收发动机排放的有害气体;医学领域,可作为骨移植材料等。
多孔陶瓷还可以作为吸音材料、隔热材料、敏感元件等。
对于多孔陶瓷的研究,国内外学者已经进行了大量的工作,包括多孔陶瓷材料的概念研究、制备、基本性能与表征、应用领域等各个方面。
二.制备原理多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也称之为气孔功能陶瓷,它是一种利用物理表面的新型材料。
多孔材料具有如下特点:巨大的气孔率,气孔表面积;可调节的气孔形状,孔径及其分布;气孔在三维空间的分布,连接可调;具有一般陶瓷基体性能的同时,具有与其巨大的比表面积相匹配的优良热,电,磁,光,化学等功能。
目前新兴多孔陶瓷,如多孔陶瓷载体,多孔吸声材料,多孔过滤渗透材料,多孔陶瓷敏感元件,生物医学多孔材料,多孔性光学材料,蓄热储能多孔性陶瓷材料,蜂窝式红外多孔陶瓷板等,不断涌现,使其应用范围更为广泛。
1.多孔材料的种类多孔陶瓷的种类很多,按所用的骨料可分为刚玉质材料,碳化硅质材料,铝酸硅盐材料,石英质材料,玻璃质材料及其他。
按孔径分为粗孔制品(0.1mm 以上),介孔材料(50nm~20um),微孔材料(50nm以下)。
2.多孔陶瓷的制备陶瓷中的孔包括封闭气孔(与外部不相连通的气孔)和开口气孔(与外部相连通的气孔)。
多孔陶瓷中孔的形成方法包括添加成孔剂工艺,有机泡沫浸渍工艺,发泡工艺,溶胶—凝胶工艺,利用纤维制得多孔结构,腐蚀法产生微孔,中孔,利用分子键构成气孔等,以上不同方法的组合还能赋予多孔陶瓷材料其他性能,尤其是骨架性能。
3.多孔陶瓷的配方设计(1)骨料:为多孔陶瓷的重要原料,在整个配方中占70%~80%的比重,在胚体中起到骨架的作用,一般选择强度高,弹性模量大的材料。
多孔陶瓷材料的的研究现状及应用近年来,多孔陶瓷材料作为一种新型的材料,已经受到了普遍的重视。
多孔陶瓷材料具有加工性好、耐久性强、热膨胀系数小、吸音和隔音性能良好等优点,可用于航空、航天、非金属材料的高温烧结、冶金和电镀、化工设备的催化剂床,以及医学技术、陶瓷艺术等多个领域。
本文就多孔陶瓷材料的研究现状及应用情况进行综述,旨在为多孔陶瓷材料的进一步开发和应用提供参考。
一、多孔陶瓷材料的研究现状1、烧结工艺研究多孔陶瓷材料的制备需要克服以下几个技术难题:首先,多孔陶瓷材料的烧结工艺。
多孔陶瓷材料的烧结技术主要包括萃取法、模压法、粉末技术和复合材料技术等。
其中,萃取法技术能够控制多孔陶瓷材料的结构和性能。
目前,萃取法烧结工艺仍处于萌芽阶段,但已在一定程度上实现了多孔陶瓷材料的高功能性。
2、微观结构和性能研究与传统陶瓷材料相比,多孔陶瓷材料的特殊结构与其特殊的功能有关。
因此,要更好地利用多孔陶瓷材料的性能,必须对材料的微观结构进行研究。
国内外学者已经对多孔陶瓷材料的微观结构与性能关系进行了深入的研究,取得了一定的进展。
二、多孔陶瓷材料的应用1、多孔陶瓷材料在新能源和节能方面的应用在新能源领域,多孔陶瓷材料可用于提高太阳能电池的光伏效率。
多孔陶瓷材料具有较高的热稳定性,可用于太阳能电池表面保护膜,防止太阳能电池表面受损。
此外,多孔陶瓷材料还可用于改善空调能源利用效率,从而节省能源。
2、多孔陶瓷材料在航空航天领域的应用在航空航天领域,多孔陶瓷材料可用于制作热吸收涂层和热隔离层,以有效抵御高温环境的影响,提高发射火箭和高空飞机的安全性能。
此外,多孔陶瓷材料还可作为消声器、过滤器和吸音材料,大大提高航空航天设备的静音和防腐能力。
三、结论多孔陶瓷材料具有许多优异的性能,已经应用于航空航天、能源、石油化工等领域。
它的研究是一个新兴的研究领域,国内外学者已经对多孔陶瓷材料的烧成工艺及其微观结构与性能关系进行了研究,取得了比较理想的结果。
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究摘要:氧化铝多孔陶瓷因其优良的化学稳定性、高温强度和机械性能被广泛应用于电子、石油、化工等领域。
本文基于氧化铝多孔陶瓷的制备方法和性能研究,综述了其制备工艺、表征方法以及性能研究的结果。
1. 引言氧化铝多孔陶瓷是由高纯度氧化铝粉末经过压制、烧结等工艺制备而成的一种陶瓷材料。
其孔隙结构使其具有较大的比表面积和孔隙率,从而使其具备了优异的吸附性能和渗透性能。
氧化铝多孔陶瓷被广泛应用于催化、过滤、电子以及化工等领域。
2. 制备方法氧化铝多孔陶瓷的制备方法包括模板法、发泡法、溶胶-凝胶法等。
模板法主要通过使用模板材料,在烧结过程中得到孔隙结构;发泡法则采用制泡剂,在高温下产生气泡形成多孔结构;溶胶-凝胶法则通过溶胶的凝胶过程形成多孔陶瓷。
其中,模板法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较大的孔隙直径和均匀的孔隙分布,具有较好的热稳定性;发泡法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较小的孔隙直径和较大的孔隙率,具有较好的过滤性能;溶胶-凝胶法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较高的比表面积和孔隙率,具有较好的吸附性能。
3. 表征方法氧化铝多孔陶瓷的性能主要通过其孔隙结构、比表面积等参数进行表征。
通常采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪、压汞法等方法对其进行表征。
SEM能够直观地观察到其孔隙结构形貌,并且可以进行孔径分布的分析;比表面积分析仪则能够测量其比表面积,通过比表面积与孔隙率的关系推导出其孔隙结构参数;压汞法则能够通过测量其对气体的吸附能力来计算出其孔隙分布和孔径大小。
4. 性能研究氧化铝多孔陶瓷的性能研究主要包括孔隙结构对吸附和过滤性能的影响,以及化学稳定性、机械性能等方面的研究。
孔隙结构对吸附和过滤性能的影响可以通过调节制备方法来实现,如改变模板材料、制泡剂的种类和用量等;化学稳定性的研究可以通过浸泡在不同溶液中来验证其抗化学侵蚀性能,并通过SEM等表征手段来观察其表面形貌的变化;机械性能的研究可以通过测量其抗压强度、硬度等参数来评估。
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。
多孔陶瓷骨修复材料的制备和骨组织工程中的应用随着人口老龄化的加剧和骨损伤等骨相关疾病的增加,对于骨修复材料的需求越来越高。
多孔陶瓷骨修复材料在骨组织工程中具有很大的潜力,逐渐成为骨修复领域的热点研究方向。
本文将介绍多孔陶瓷骨修复材料的制备方法以及在骨组织工程中的应用前景。
多孔陶瓷骨修复材料的制备主要包括原料选择、制备工艺、孔隙结构的控制等环节。
原料选择是多孔陶瓷骨修复材料制备的首要步骤。
通常选择的材料包括氧化锆(ZrO2)、羟基磷灰石(HA)、β-三磷酸钙(β-TCP)等。
这些材料具有良好的生物相容性和生物活性,能够促进骨组织再生。
制备工艺主要有烧结法、凝胶注模法、切割法等。
其中,烧结法制备的多孔陶瓷骨修复材料具有较高的力学性能和生物相容性,但孔隙结构不易调控;凝胶注模法制备的多孔陶瓷骨修复材料孔隙结构可控制性强,但力学性能相对较差。
因此,制备过程中需要根据具体需求选择合适的制备工艺,并通过后续的表面处理、改性等方法进一步优化材料性能。
多孔陶瓷骨修复材料在骨组织工程中具有广阔的应用前景。
首先,在骨缺损修复方面,多孔陶瓷骨修复材料能够提供良好的骨结合性和骨再生能力,促进骨组织的生长。
其孔隙结构可以提供生长因子的载体,有利于生长因子的控制释放,进而促进骨细胞的增殖和分化。
其次,多孔陶瓷骨修复材料还可以用于人工关节的替代。
通过与骨组织的无缝连接,可以实现生物力学功能的恢复。
此外,在口腔修复和植入材料领域,多孔陶瓷骨修复材料也得到了广泛应用。
其生物相容性和生物活性能够减少植入材料与机体之间的反应和排斥,提高植入材料的稳定性和生物学效应。
然而,多孔陶瓷骨修复材料仍然存在一些挑战和问题。
首先,材料的力学性能和孔隙结构之间存在矛盾。
孔隙结构越大,更有利于细胞的生长和骨成生,但相应地,材料的力学性能会降低。
因此,如何在兼顾力学性能的同时保持良好的孔隙结构成为需要解决的难题。
其次,多孔陶瓷骨修复材料的生物降解性也需要进一步研究。
添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制一、本文概述多孔陶瓷作为一种具有独特结构和性能的新型无机非金属材料,在过滤、分离、吸附、催化、载体、隔热、降噪、生物医疗等众多领域表现出广阔的应用前景。
其中,孔径大小及其分布、孔的数量、形状和连通性等孔结构参数对多孔陶瓷的性能起着决定性的作用。
因此,如何制备具有理想孔结构的多孔陶瓷材料成为了研究的关键。
添加造孔剂法作为一种制备多孔陶瓷的常用方法,通过引入造孔剂在陶瓷基体中形成孔洞,从而实现对多孔陶瓷孔结构的调控。
本文旨在探讨添加造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程、影响多孔陶瓷强度和孔径的关键因素,以及如何通过调整制备参数实现对多孔陶瓷强度和孔径的有效控制,为多孔陶瓷的制备和应用提供理论指导和技术支持。
二、添加造孔剂法制备多孔陶瓷的原理添加造孔剂法制备多孔陶瓷是一种常见且有效的制备工艺,其基本原理是在陶瓷原料中加入一定数量的造孔剂,这些造孔剂在陶瓷烧结过程中会燃烧或分解,从而留下大量孔洞,形成多孔结构。
造孔剂的选择和添加量是影响多孔陶瓷孔结构和性能的关键因素。
造孔剂的种类应具有良好的热稳定性,能够在陶瓷烧结温度范围内不发生化学反应或分解,以保证孔洞的均匀性和稳定性。
常用的造孔剂包括炭黑、石墨、有机物等。
造孔剂的添加量决定了多孔陶瓷的孔隙率和孔径大小。
添加量过多,会导致陶瓷体积收缩过大,强度降低;添加量过少,则孔洞数量不足,影响多孔陶瓷的性能。
因此,合理控制造孔剂的添加量是制备多孔陶瓷的关键。
在制备过程中,造孔剂与陶瓷原料混合均匀后,通过成型和烧结工艺形成多孔陶瓷。
成型过程中,造孔剂颗粒随机分布在陶瓷基体中,形成初步的孔结构。
在烧结过程中,造孔剂燃烧或分解,形成大量孔洞,同时陶瓷基体发生致密化,形成最终的多孔陶瓷。
通过调整烧结温度和保温时间等工艺参数,可以进一步控制多孔陶瓷的孔结构和性能。
烧结温度过高或保温时间过长,可能导致孔洞坍塌,降低多孔陶瓷的孔隙率和比表面积;烧结温度过低或保温时间过短,则可能导致陶瓷基体致密化不足,影响多孔陶瓷的强度。
多孔陶瓷与实用总结
多孔陶瓷是一种具有特殊孔隙结构的陶瓷材料,其孔隙率通常在30%~60%之间,具有高强度、高温稳定性、耐腐蚀性等优良性能。
多孔陶瓷的制备方法主要有模板法、发泡法、聚合物泡沫法等,其中模板法是最常用的方法之一。
多孔陶瓷的应用领域非常广泛,如过滤材料、催化剂载体、生物医学材料等。
在过滤材料方面,多孔陶瓷可以作为高效的过滤介质,其特殊的孔隙结构可以有效地去除水中的悬浮物和微生物。
同时,由于多孔陶瓷具有高强度和耐腐蚀性等优良性能,因此可以在恶劣环境下使用,并且具有较长的使用寿命。
此外,在催化剂载体方面,多孔陶瓷也表现出了很好的应用前景。
由于其特殊的孔隙结构和表面性质,在催化反应中可以提高反应速率和选择性,并且还可以减少催化剂中毒等问题,因此在化学工业中有着广泛的应用。
在生物医学材料方面,多孔陶瓷也具有很好的应用前景。
由于其孔隙结构可以模拟自然骨组织的微观结构,因此可以作为人工骨替代品使用,并且可以促进骨组织再生和修复。
此外,在人工关节、牙科种植等方面也有着广泛的应用。
同时,多孔陶瓷还可以作为药物缓释材料使用,在药物治疗中起到了重要的作用。
总之,多孔陶瓷是一种非常有前途的新型材料,具有广泛的应用前景。
未来随着科技的不断发展和制备技术的不断改进,相信多孔陶瓷将会
在更广泛领域得到应用,并且会取得更加优异的性能表现。
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S1C多孔陶瓷的研究与制备江超余少华余开明(中国轻工业陶瓷研究所江西景德镇333000)摘要采用添加造孔剂法制备SiC多孔陶瓷。
笔者研究了2种造孔剂对多孔陶瓷的吸水率、气孔率、体积密度以及抗折强度的影响,还研究了4种烧成温度对SiC多孔陶瓷的性能影响。
实验结果表明:当配方组成为SiC85%、苏州土5%、造孔剂10%,外加5%的PVA,在20MPa的压力下干压成形,于四组不同温度下烧成,在1280C下,10%的木屑和炭粉分别作为造孔剂的SiC多孔陶瓷的气孔率为32.37%和40.21%,其中以10%的木屑为造孔剂的SiC多孔陶瓷抗折强度可达55.29MPa。
关键词SiC多孔陶瓷造孔剂性能中图分类号:TQ174.75文献标识码:A文章编号:1002—2872(2020)12—0029—04Research And Preparation of SiC Porous CeramicsJIANG t Chao,YU Shaohua,YU Kaiming(Ceramic Research Institute of Light Industry of China,Jiangxi,Jingdczhcn, 333000,China)Abstract:SiC porous ceramics were prepared by adding porosity agent.'The effects of two kinds of pore making agents on waterabsorption,porosity,volumedensityandflexuralstrengthofporousceramicswerestudied.Thee f ectsoffourfiring temperaturesonthepropertiesofSiCporousceramicswerealsostudied.Experimentalresultsshowthatwhentheformula composition of SiC85%,Suzhou soil,pore—forming agent10%,5%and5%of PVA,under the pressure of20MPa dry pressing molding,in four groups of firing at different temperatures and under1280°C,10%of sawdust and coal powder as pore—forming agent,respectively,the porosity of porous SiC ceramics were32.37%and40.31%,of which10%of saw dustaspore—formingagentoftheSiCporousceramicsflexuralstrengthof55.29MPa.Keywords:SiCporousceramics;Poreformer;Performance前言SiC多孔陶瓷是一种内部结构中有很多气孔的新型功能材料。
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。
1.2 多孔陶瓷的发展历史及研究状况1.2.1 国外主要研究状况国外对多孔陶瓷的研究较早,1935年,Ewell等(13]人最早提出溶胶一凝胶法,但真正在陶瓷制备中使用这种方法是在1952年左右。
当时,Roy利用这种方法制备了多种陶瓷材料,并把这种方法定名为“Sol-gel"。
1956年,Uh11I等人采用阳极氧化方法首次制得了多孔硅。
1963年,Schwartzwalde等人最早提出了用泡沫塑料浸演法制备多孔材料,过去该材料主要用作过滤器。
1973年,Sunderman 等[(;〕人用氧化钙、氢氧化钙、硫酸铝和双氧水作发泡剂,率先发明了发泡工艺,该法首先将经过预处理的球形粘土颗粒放在模子中,于900^'1000℃的氧化气氛下加热,在压力作用下使粘土颗粒相互粘结,当足够的热传到粘土颗粒内部时,材料发泡充满整个模子,冷却后获得多孔陶瓷材料。
1978年美国人F.R.Mollard和N. Davidson等人首先利用氧化铝、高岭土等陶瓷原料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率。
1988年O.Lyckfeldt等人则用淀粉同时作为粘结剂和造孔剂,制备出气孔率在23%-70%、孔径在1微米-80微米的多孔氧化铝,发明了一种简单而又经济的工艺方法。
1992年,Dauscher等人以Ti[OCHC CH3 )2]4和CeCl3 .7H20为原料,用溶胶一凝胶法制备了Ti02-Ce02复合材料多孔陶瓷,标志着溶胶一凝胶的应用已不仅局限在制备单质多孔材料。
Kresge等人首次在Nature上报道了一类以硅铝酸盐为基的新颖得介孔氧化硅材料M41S,其中以命名为MCM41的材料最引人注目,从而将分子筛的规则孔径从微孔范围拓展到介孔领域。
1.2.2 国内研究状况我国于80年代初期开始研制多孔陶瓷,1988年,孙鸿涛等人采用外加石墨为造孔剂制备了多孔钻铁氧陶瓷,具有稳定的力学性能、物化性能和电气性能。
1993年,吴皆正等人用十二烷基磺酸钠和碳酸钙为发泡剂,以石英为原料,制备出了显气孔率在3555%,平均孔径8-60微米,具有狭窄的孔径分布(PSD)和一定强度的可控微米级多孔陶瓷。
1994年,彭长琪等人以天然石英为骨料,选择合适的助剂和烧成制度制备了气孔率为35%-45%,孔径为5-30微米,适用于过滤液体、气体、蒸气的石英质多孔陶瓷。
1995年,吴国安采用溶胶一凝胶法制备了孔径约为3 Onm,孔径分布窄,孔隙率30%左右的TiO2多孔陶瓷膜。
多孔陶瓷的制备技术。
1996年,曾庭英等人制取了多种纳米级微孔玻璃球;他们还采用不同的条件用溶胶-凝胶法住的了孔径分布范围在1-20纳米之间的微孔玻璃粉,可用作纳米级微孔基质载体。
1997年,奚红霞等人以异丙醇铝为原料,用溶胶一凝胶技术在多孔陶瓷管上制备了中孔膜稳定性好、孔径分布均匀的v -Ab03膜。
1998年,龚森蔚等[[46]人采用聚甲基丙烯甲酷作为造孔剂制备了孔径可控的经基磷灰石复相陶瓷。
薛明俊等人用溶胶一凝胶工艺制备了氧化铝多孔陶瓷。
方国家等人以TEOS和无水乙醇为主要原料,制备了纳米微孔Si02薄膜,研究了合成工艺条件及浓H2SOa表面修饰对Si02多孔膜气孔率和稳定性的影响。
1999年,姚秀敏等人以碳粉为造孔剂,研究了多孔羟基磷灰石陶瓷的制备方法及性能。
2000年,唐竹兴等人采用90年代初发明的注凝成型技术制备微孔梯度陶瓷材料,通过研究实现了孔梯度陶瓷材料一次烧成,制备了结合强度高、粒度及孔径在横向方向呈均勾分布,在纵向方向呈梯度分布的孔梯度陶瓷材料。
2001年,赵俊亮等人以羟基磷灰石粉、生物玻璃粉为浆料,以硅溶胶作溶剂和粘结剂,以羟甲基纤维素作流变剂,采用有机泡沫浸演法制备了孔径为450-500微米,孔径均匀、孔隙连通的多孔羟基磷灰石生物活性复相陶瓷。
1.3 多孔陶瓷制备方法多孔陶瓷的制备方法很多,从性质上来说,则分为物理方法和化学方法,下面从这两个角度来说明其制备工艺。
1.3.1 物理方法1.3.1.1 有机泡沫浸渍(Polymeric sponge)工艺有机泡沫体浸渍工艺是Schwartzwalder在1963 年发明的,它是凭借有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构,将制备好的料浆均匀地涂覆在有机泡沫网状基体上,干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。
该法适于制备高气孔率, 开气孔的多孔陶瓷。
其具体工艺流程如图1。
图1有机泡沫体浸渍工艺流程图有机泡沫的选择,陶瓷浆料的制备以及多余浆料的移去是此法的关键步骤。
(1)有机泡沫的选择多孔体的尺寸主要取决于有机泡沫体的尺寸,与浆料在有机泡沫体上的涂覆厚度也有一定的关系。
用作模板的有机泡沫材料一般是经过特定发泡工艺制作的聚合海绵,材质常为聚氨基甲酸已酸(聚氨酯) 、聚氯乙烯、聚苯乙烯、胶乳、纤维素等。
由于开孔有机泡沫塑料的孔尺寸决定了多孔陶瓷的孔尺寸(通常为2~25pores/ cm长) ,所以应根据制品对气孔大小、气孔率高低来选择合适的有机泡沫塑料。
(2) 陶瓷浆料的制备浆料的基本组成是陶瓷颗粒、水和添加剂。
陶瓷颗粒的成分选择取决于多孔陶瓷制品的具体用途。
颗粒的大小一般应小于100Lm, 最好是小于45Lm, 水的用量为10240%。
添加剂主要有粘结剂、流变化剂、反泡沫剂、絮凝剂。
粘结剂主要用来提高干坯的强度, 防止在有机泡沫气化过程中倒塌。
最常用的有硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等及胶化的Al(OH) 3和SiO2胶体。
此外,还可以使用有机粘结剂。
流变化剂则用来提高浆料的触变性, 以便浸渍时使浆料在进入泡沫,并均匀地涂在泡沫网上后有足够的粘度保持在泡沫中。
流变化剂主要是一些天然的粘土, 用量一般为01121. 5%。
反泡沫剂的加入是为了防止浆料起泡, 多用低分子量的醇或树脂等。
絮凝剂则用于改善浆料与有机泡沫之间的粘结性, 主要有聚乙二胺等。
(3) 浸渍及多余浆料的移去有机泡沫浸渍浆料的目的是挤压泡沫使泡沫中的空气排出, 把泡沫浸入桨料中, 多次重复该过程, 直至最终达到所要求的比重。
泡沫渍上浆料后, 下一步是去掉多余的浆料, 最简单的方法是用两块木板挤压浸渍了浆料的泡沫, 但大批量生产则可用离心机或滚轧机等设备来完成。
辊压法除浆示意图如图5所示。
这种特殊结构使其作为过滤材料具有以下优点:①通过流体时,压力损失小; ②表面积大和流体接触效率高; ③重量轻。
该类多孔陶瓷被用于流体过滤尤其是熔融金属过滤时,与传统的使用陶瓷颗粒烧结体、玻璃纤维布相比,不但操作简单、节省能源、成本降低,而且过滤效率较高。
除了用于熔融金属等流体过滤外,它还可用作高温烟气的处理、催化剂载体、固体热交换器和电极材料等。
该工艺特别适合制备孔径为100μm~5mm 的高气孔率网眼陶瓷,而且工艺简单,从而成为一种非常重要的制备工艺。
朱新文等人先选用软质聚氨酯海绵制备出一种具有高气孔率且几乎没有堵孔的网眼预制体,然后通过对预制体的涂覆处理可得到结构非常均匀的网眼陶瓷。
实验表明,通过控制涂覆次数可实现对其孔径大小、相对密度的调节,为网眼陶瓷孔结构的精确设计提供了一种新工艺。
而赵俊亮等人以羟基磷灰石粉、生物玻璃粉为浆料,以硅胶作溶剂和粘结剂,以羧甲基纤维素作流变剂,聚氨酯海绵作为载体制备了孔径约450-500微米、孔径均匀、孔隙连通的多孔羟基磷灰石生物活性复相陶瓷。
1.3.1.2 添加造孔剂工艺添加造孔剂工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占用一定的空间,然后经烧结除去造孔剂从而生成气孔来制备多孔陶瓷。
其工艺流程如图6所示。
图6 添加造孔剂工艺流程图造孔剂加入的目的在于促使气孔率增加,必须满足下列要求:在加热过程中易于除去;排除后在基体中无有害残留物;不与基体反应。
其优点在于通过优化造孔剂的形状、粒径和制备工艺条件能精确地设计气孔的形状、尺寸和气孔率,但其缺点是难以获得高气孔率制品(一般不超过50%),而且气孔分布的均匀性也较差。
(1)造孔剂种类和用量的选择造孔剂的种类有无机和有机二类。