泡沫陶瓷的制備工藝設(shè)計(jì)和研究方案進(jìn)展

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1、泡沫陶瓷的制備工藝與研究進(jìn)展摘要：泡沫陶瓷具有透過(guò)性好，比表面積大，密度小，耐高溫及耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本文著重對(duì)泡沫陶瓷的傳統(tǒng)制備工藝和新興的制備工藝進(jìn)行了闡述，介紹了泡沫陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，并對(duì)目前泡沫陶瓷的研究進(jìn)展和趨勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)介。關(guān)鍵詞：泡沫陶瓷制備工藝研究進(jìn)展ABSTRACT:Ceramicfoamshavemanygoodpropertieslikegoodpermeability,largesurfaceratio,lowdensity,hightemperatureresistanceandgoodcorrosionresistance.Thearticl

2、eemphaticallyelaboratestraditionalpreparationproceduresandthelatestpreparationproceduresofceramicfoams.Italsointroducestheapplicationareasofceramicfoams.Finallyitmakesabriefintroductionofcurrentresearchprogressandtendency.KEYWORDS:ceramicfoam;preparationprocedure;researchprogress1引言自19

3、78年美國(guó)發(fā)明了利用氧化鋁、高嶺土等陶瓷料漿成功研制出泡沫陶瓷，用于鋁合金鑄造過(guò)濾之后，英、日、德、瑞士等國(guó)家競(jìng)相開(kāi)展了研究，生產(chǎn)工藝日益先進(jìn)，技術(shù)裝備越來(lái)越向機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展，已研制出多種材質(zhì)，適合于不同用途的泡沫陶瓷過(guò)濾器，如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、硼化物等高溫泡沫陶瓷，產(chǎn)品已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，我國(guó)在20世紀(jì)80年代初開(kāi)展泡沫陶瓷研究工作。近20年來(lái)，先后有十幾家科研機(jī)構(gòu)和廠家報(bào)道了泡沫陶瓷制品的研究。但是我國(guó)的泡沫陶瓷從整體技術(shù)水平上與國(guó)外相比還有一定的差距。泡沫陶瓷具有透過(guò)性好，比表面積大，密度小，開(kāi)口氣孔率高，耐高溫及耐腐蝕性強(qiáng)

4、等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛地應(yīng)用于熔融金屬過(guò)濾、隔熱材料、催化劑載體和吸音降噪等傳統(tǒng)領(lǐng)域以及傳感器、環(huán)境材料、生物材料等新興領(lǐng)域。泡沫陶瓷一般可以分為兩類，即開(kāi)孔(網(wǎng)狀)陶瓷材料以及閉孔陶瓷材料，這取決于各個(gè)孔穴是否具有固體壁面。如果形成泡沫體的固體僅僅包含于孔棱中，則稱之為開(kāi)孔陶瓷材料，其孔隙是相互連通的；如果存在固體壁面，則泡沫體稱為閉孔陶瓷材料，其中的孔穴由連續(xù)的陶瓷基體相互分隔。但大部分泡沫陶瓷既存在開(kāi)孔孔隙又存在少量閉孔孔隙。一般來(lái)說(shuō)孔隙的直徑小于2nm的為微孔材料；孔隙在2～50nm之間的為介孔材料；孔隙在50nm以上的為宏孔材料[1-6]。2泡沫陶瓷的傳統(tǒng)制備工

5、藝2.1添加造孔劑工藝通過(guò)在陶瓷配料中添加造孔劑，利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間，然后經(jīng)過(guò)燒結(jié)，造孔劑離開(kāi)基體而形成氣孔來(lái)制備泡沫陶瓷。[7]用這種方法可以制得形狀復(fù)雜的泡沫陶瓷制品，但制品氣孔分布的均勻性較差。造孔劑的種類和加入量是該方法的關(guān)鍵，造孔劑分為有機(jī)造孔劑和無(wú)機(jī)造孔劑兩種，碳酸銨、碳酸鈣、氯化銨、碳酸氫銨等高溫可分解鹽類以及各類碳粉、煤粉等，屬于無(wú)機(jī)造孔劑；天然纖維、高分子聚合物和有機(jī)酸等屬于有機(jī)造孔劑。2.2發(fā)泡工藝發(fā)泡工藝的主要原理是在陶瓷粉料中加人適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡劑,通過(guò)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體從而產(chǎn)生泡沫,然后再經(jīng)干燥和燒成制得[8]。采用發(fā)泡工藝可以

6、制備形狀復(fù)雜的泡沫陶瓷制品。這種工藝成形泡沫陶瓷較復(fù)雜,不易控制,且制備的泡沫陶瓷易出現(xiàn)粉化剝落現(xiàn)象，并含有大量閉口氣孔,因而在實(shí)際制備中較少被采用。2.3有機(jī)泡沫浸漬工藝該方法基本思路是：首先將有機(jī)泡沫浸漬到陶瓷料漿中，然后經(jīng)過(guò)干燥、燒成使有機(jī)泡沫脫離母體就可以獲得泡沫陶瓷。通過(guò)控制漿料性能，優(yōu)化無(wú)機(jī)粘結(jié)劑體系，嚴(yán)格控制漿料浸漬工藝過(guò)程，可以制備高性能的泡沫陶瓷制品。[9]該方法是目前泡沫陶瓷最理想的制備方法，用此種成形方法制備的泡沫陶瓷已在多個(gè)領(lǐng)域獲得大量應(yīng)用。但是有機(jī)前驅(qū)體浸漬法存在一個(gè)明顯的缺陷，即有機(jī)泡沫體的網(wǎng)眼尺寸是有限的，這在一定程度上制約了所得泡沫陶

7、瓷材料的孔徑和結(jié)構(gòu)。針對(duì)此問(wèn)題，采用三維網(wǎng)狀有機(jī)泡沫材料為載體，首先用浸漬工藝制備出疏松多孔結(jié)構(gòu)坯體，并經(jīng)過(guò)排塑、預(yù)燒處理獲得具有一定強(qiáng)度的預(yù)制體，再通過(guò)對(duì)預(yù)制體進(jìn)行表面處理，可以很好地解決這一問(wèn)題[10]。有機(jī)泡沫浸漬法制備流程工藝圖如圖1所示。前驅(qū)體的制備陶瓷漿料的制備調(diào)漿浸漬和涂覆除漿重復(fù)涂覆干燥燒結(jié)性能檢測(cè)表面處理圖1有機(jī)泡沫浸漬法制備流程工藝圖2.4溶膠—凝膠工藝溶膠-凝膠工藝?yán)媚z化過(guò)程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理、熱處理等過(guò)程中留下小氣孔，形成可控孔隙結(jié)構(gòu)。由溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，體系的粘度迅速增加，從而穩(wěn)定了已經(jīng)產(chǎn)生的氣泡，有利于發(fā)泡。納米級(jí)