多孔陶瓷材料的制備及性能研究 (2).pdf

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1、·14·陶瓷2006.No.3多孔陶瓷材料的制備及性能研究羅釗明王慧劉平安曾令可(華南理工大學(xué)材料學(xué)院廣州510640)摘要從分析網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多孔陶瓷材料的孔隙成形機(jī)理著手,描述了高孔隙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備工藝,包括高孔隙纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制備,并分析了多孔陶瓷的力學(xué)性能及滲透性能。關(guān)鍵詞多孔陶瓷孔隙制備工藝力學(xué)性能滲透性多孔陶瓷由于具有均勻分布的微孔或孔洞,孔隙成過程中機(jī)械發(fā)泡形成的空隙以及由于坯體成形過程率較高、體積密度小,還具有發(fā)達(dá)的比表面及其獨(dú)特的中引入的有機(jī)前驅(qū)體燃燒形成的孔隙等。一般采用骨物理表面特性,對(duì)液體和氣體

2、介質(zhì)有選擇的透過性,能料顆粒堆積法和前驅(qū)體燃盡法均可以制得較高的開口量吸收或阻尼特性,加之陶瓷材料特有的耐高溫、耐腐氣孔的多孔陶瓷制品,而采用可燃物或分解物在坯體蝕、高的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性,使多孔陶瓷這一綠內(nèi)部形成的氣孔大部分為閉口氣孔或半開口氣孔,采色材料可以在氣體液體過濾、凈化分離,化工催化載用機(jī)械發(fā)泡法形成的氣孔基本上都是閉口氣孔。作為體、吸聲減震、高級(jí)保溫材料、生物植入材料,特種墻體用作過濾、布?xì)獾仁褂玫亩嗫滋沾刹牧蟻碇v,一般都希[1]材料和傳感器材料等多方面得到廣泛的應(yīng)用。孔隙望具有較高的開口氣孔率,圍繞這一目的,

3、目前國(guó)內(nèi)外率作為多孔陶瓷材料的一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo),其對(duì)材料在制備高孔隙多孔陶瓷材料方面進(jìn)行了較多的研究,性能有較大的影響。一般來講,高孔隙率的多孔陶瓷主要包括采用陶瓷纖維材料的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔陶材料具有更好的隔熱性能和過濾性能,因而其應(yīng)用更瓷材料以及采用有機(jī)聚合物前驅(qū)體材料的泡沫陶瓷材加廣泛。料。1.2多孔陶瓷的孔隙形成方法1多孔陶瓷的孔隙研究基于多孔陶瓷制備過程中孔隙難以控制的特點(diǎn),眾多學(xué)者根據(jù)不同的成孔原理,應(yīng)用特殊的制備方法,由于孔隙是影響多孔陶瓷性能及其應(yīng)用的主要因制備了具有各種獨(dú)特性能的多孔陶瓷材料。[3]素,因此在目

4、前比較成熟的多孔陶瓷制備方法的基礎(chǔ)P.Sepulveda在研究中列舉了9種產(chǎn)生孔隙的方上,更加注重通過特殊方法控制孔隙的大小、形態(tài),以法:①在燃燒過程中燃盡摻入的揮發(fā)物和易燃物,孔隙提高材料性能,并相應(yīng)地建立孔形成、長(zhǎng)大模型,對(duì)孔的裂紋、大小、分布等均由易變相決定;②固相燒結(jié),可隙形成的機(jī)理進(jìn)行理論分析。獲得孔密度分布均勻的結(jié)構(gòu);③溶膠—凝膠法,通過相1.1多孔陶瓷的孔隙形成機(jī)理變或化學(xué)反應(yīng)獲得孔隙;④高交叉聯(lián)結(jié)無機(jī)溶膠的超多孔陶瓷就微孔結(jié)構(gòu)形式可分為:閉氣孔結(jié)構(gòu)和臨界干燥法制備氣凝膠;⑤鋁板的陽極氧化,可獲得長(zhǎng)開口氣孔結(jié)構(gòu)[2

5、]。閉氣孔結(jié)構(gòu)是指陶瓷材料內(nèi)部微孔度為5μm有序排列的孔通道,用于制備氧化鋁傳感分布在連續(xù)的陶瓷基體中,孔與孔之間相互分離,而開器、過濾器和催化載體等;⑥GASAR法,利用材料固化口氣孔結(jié)構(gòu)又包括陶瓷材料內(nèi)部孔與孔之間相互連通前后對(duì)氣體溶解度的不同獲得孔隙;⑦含有空心微球和一邊開口,另一邊閉口形成不連通氣孔兩種。多孔材料燒結(jié)獲得的閉孔結(jié)構(gòu);⑧通過聚合物多孔結(jié)構(gòu)的陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)通常是由顆粒堆積形成的空腔,坯體網(wǎng)絡(luò)化,制備網(wǎng)絡(luò)狀開孔陶瓷;⑨陶瓷漿體的發(fā)泡。表中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯體形1給出了上述制備方法所得到的孔

6、特性及其應(yīng)用。2006.No.3陶瓷·15·表1多孔陶瓷的孔特性及應(yīng)用制備方法孔特性孔徑(μm)應(yīng)用微型濾波器、催化劑和酶載體、傳感器、色層分離媒①～④微孔,孔隙率為0～90%0.002～0.1介、廢水吸附處理系統(tǒng)、半透明透鏡⑤～⑥胞狀或圓柱形通道孔隙率為5%～80%10～10000催化劑、過濾器、熱交換器、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)類似十二面體的開孔孔隙結(jié)構(gòu),孔隙率為⑦～⑧100～5000金屬過濾器、熱阻材料、小質(zhì)量爐、接觸反應(yīng)轉(zhuǎn)爐爐體70%～80%⑨開孔或閉孔結(jié)構(gòu),球狀孔隙率為40%～90%10～2000金屬過濾器、熱阻材料、小質(zhì)量爐、接觸反

7、應(yīng)轉(zhuǎn)爐爐體不同,因此難以使其混合。Sonuparlak等采用2種不同2多孔陶瓷材料制備技術(shù)的混料方法解決了上述問題。一是如果陶瓷粉末很細(xì),而造孔劑顆粒較粗,或造孔劑易溶于粘結(jié)劑中,可多孔陶瓷可分為2大類[4],即泡沫型和網(wǎng)眼型。將陶瓷粉末與粘結(jié)劑混合造粒后,再與造孔劑混合。泡沫型的多孔陶瓷的氣孔是孤立的,其滲透率很低。另一方法是將造孔劑和陶瓷粉末分別制成懸濁液,再而網(wǎng)眼型多孔陶瓷為開孔三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu),且氣孔將2種料漿按一定比例噴霧干燥混合。[7]是相互貫通的,這種多孔陶瓷作為過濾材料具有的顯混料均勻后進(jìn)行成形。成形方法主要有模

8、壓等著特點(diǎn):為流體通過時(shí)壓降小,比表面積大,與流體接靜壓、軋制、注射和粉漿澆注等,其中應(yīng)用比較成功、用觸效率高,重量輕。因而這種多孔陶瓷被廣泛用作高的最多的是擠壓成形,特別是用于工業(yè)廢氣和汽車尾溫?zé)煔獾奶幚?、催化劑載體、固體熱交換器和電極材料氣凈化的蜂窩狀陶瓷的