多孔氧化铝陶瓷的研究进展
多孔氧化铝陶瓷的研究进展
李环亭1 孙晓红1 陈志伟1,2
(1国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验国家质检中心 山东淄博 255063)
(2山东理工大学分析测试中心 山东淄博 255049)
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 多孔氧化铝陶瓷 制备方法 性能
Research Progress of Porous A lumina Ceramics
Li Huanting1,Sun Xiaohon g1,Chen Zhiwei1,2(1National Quality Supervision and Inspection Center for Ceramics and Refractories,Shan dong,Zibo,255063)(2Analysis and Testing Center of Shandong Uni versity of Technology,Shandong,Zibo,255049)
Abstract:The paper reviewed the research progress of porous alumina ceramics home and broad.The preparation methods and the proer ties were summaried.Finally,the research direction in the future is given on the porous alumina ceramics.
Key words:Porous alu mina ceramics;Preparation methods;Properties
前言
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。
1 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[3]、固体粒子烧结法[4]、挤压成形法[5]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。
1.1 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;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物[6]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
基金项目:山东省科技攻关项目(耐火材料快速分析方法研究及应用,项目编号:2006GG1108097-06;陶瓷原料综合评价方法建立及应用研究,项目编号2007GG10003047)
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(HE MA)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1600!下保温2h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[7]。
1.2 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:?采用传统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[9]。
1.3 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P AA-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[10]。
1.4 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[11]。A Kritikaki等研究了分别将纳米粉以 -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[12]。
1.5 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[13]。
1.6 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1100~1400!的温度下烧成制备出管式多孔陶瓷支撑体[14]。Toshihiro Isobe等研究组以聚酸乙烯酯[15]、碳纤维[16]、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1500!烧结2h,制得了定向排列的微孔尺寸(分别为16 m和4~6 m)的多孔陶瓷[17]。
1.7 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,在一定的温度烧结时,可燃物在燃烧后会留下大量的灰分,且结构不均匀;采用造孔剂工艺成孔时,由于大多数造孔剂的分解温度或燃烧温度较低,当被分解或烧除后,部分气孔会随着温度的升高而封闭或消失。随着研究的深入,一些新型的制备方法相继涌现。如:模板法、定向冷冻浇注法、两种方法结合法[18]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[19];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]。B yung-Ho Yoon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24h,最后在1600!煅烧3h[21]。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!、1000!、1200!下烧结,结果表明:制品的体积收缩率和压缩强度随着温度的升高而增大。当烧结温度为1200!时,所得的孔结构不仅具有平行通道,同时还具有双孔结构[22]。
2 多孔氧化铝陶瓷的性能
尽管多孔陶瓷具有优异的性能,但由于本身固有的多孔性,导致其具有较大的脆性和较低的裂纹容差,多孔氧化铝陶瓷的上述性能限制了其在实际中的应用。所以,很多材料科研工作者在研究如何制备具有较好力学性能的多孔陶瓷,或如何对已有的多孔陶瓷进行改性。目前关于陶瓷增韧的研究常用的方法有相变增韧、颗粒增韧、添加延性相增韧等。另外,还包括多孔陶瓷的表面激光改性[23],设计氧化铝基的复合体系的多孔陶瓷,寻求新的制备方法等。
李改叶等采用干压成形法,通过添加适量的金属Al粉来增韧Al2O3多孔支撑体,并详细考察了热处理温度对多孔Al2O3 Al支撑体力学性能的影响,研究结果表明:当热处理温度较低时,支撑体内部大量未氧化的铝相是支撑体断裂韧性提高的主要的原因;当热处理温度较高时,铝氧化产生体积膨胀,膨胀裂纹对支撑体断裂韧性的提高贡献很大[24]。Yang Yong等采用放电等离子体烧结法制备了Al2O3 Al2TiO5复合体系多孔陶瓷。采用此方法制备的多孔陶瓷壳提高了孔结构的均一性,且力学性能也可得到了明显的提高[25]。F Pourcel等对多孔氧化铝陶瓷干燥过程中初始阶段的断裂提出了判据[26]。
除上述陶瓷韧性方面的研究外,相关领域的科研人员还对其摩擦性能、导电性能、导热性能及气体渗透率等进行了研究。Ruben L Menchavez等[27]将导电相引入绝缘的多孔氧化铝陶瓷中,随着导电单体相的增加,会影响电阻率的降低。Zuzana Zivcov 等采用淀粉作为造孔剂制备了多孔氧化铝陶瓷,研究了其从室温到500!的导热性能。此研究组指出陶瓷的导热性能取决于气孔率的大小,成修正的指数关系:kr=e xp(-1.5 (1-))[28]。Toshihiro Isobe等[29]通过挤压成形法制备了多孔氧化铝陶瓷,并指出通过此方法制得的多孔陶瓷气体渗透性比其他方法得到的制品高得多。
3 结语及展望
多孔氧化铝陶瓷由于其独特的性能已经受到人们的普遍重视,同时吸引了相关领域科研人员的研究和开发,使其在熔融金属过滤、控制大气污染、固定化酶载体方面已经成为可能。但是仍有许多问题需要解决,以下几方面是多孔氧化铝陶瓷研究的重点:?氧化铝陶瓷的脆性有待提高,此致命的缺点,限制了氧化铝多孔陶瓷在许多领域的应用,尽管已经有人开始致力于此方面的研究,但是还有待提高;#提高氧化铝多孔陶瓷的强度,其多孔性使其强度较低,优化强度与气孔率之间的关系;?寻求精确控制氧化铝多孔陶瓷孔径大小、形状分布的方法;%寻求降低成本,大规模生产多孔氧化铝陶瓷的制备方法。随着科技的发展及相关领域研究的深入,相信这些问题会逐步得到解决,多孔氧化铝陶瓷陶瓷的应用也会越来越广泛。
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功能陶瓷材料研究进展综述
功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________
功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.360docs.net/doc/127376312.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。
多孔氧化铝陶瓷的研究进展
多孔氧化铝陶瓷的研究进展 李环亭1 孙晓红1 陈志伟1,2 (1国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验国家质检中心 山东淄博 255063) (2山东理工大学分析测试中心 山东淄博 255049) 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 多孔氧化铝陶瓷 制备方法 性能 Research Progress of Porous A lumina Ceramics Li Huanting1,Sun Xiaohon g1,Chen Zhiwei1,2(1National Quality Supervision and Inspection Center for Ceramics and Refractories,Shan dong,Zibo,255063)(2Analysis and Testing Center of Shandong Uni versity of Technology,Shandong,Zibo,255049) Abstract:The paper reviewed the research progress of porous alumina ceramics home and broad.The preparation methods and the proer ties were summaried.Finally,the research direction in the future is given on the porous alumina ceramics. Key words:Porous alu mina ceramics;Preparation methods;Properties 前言 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。 1 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[3]、固体粒子烧结法[4]、挤压成形法[5]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。 1.1 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;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物[6]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 基金项目:山东省科技攻关项目(耐火材料快速分析方法研究及应用,项目编号:2006GG1108097-06;陶瓷原料综合评价方法建立及应用研究,项目编号2007GG10003047)
透明陶瓷的研究现状与发展展望_刘军芳
文章编号:1000-2278(2002)04-0246-05 透明陶瓷的研究现状与发展展望 刘军芳 傅正义 张东明 张金咏 (武汉理工大学) 摘 要 简要地论述了国内外对透明陶瓷的研究现状,重点介绍了透明陶瓷制备中出现的新方法和新工艺,探讨了气孔和晶界组织结构等因素对透明陶瓷的透光性能的影响,并对透明陶瓷研究的发展提出了自己的看法。关键词:透明陶瓷,制备工艺,气孔率 中图法分类号:TQ174.75+8 文献标识码:A THE RESEARCH SITUATION AND DEVELOPMENT PROSPECT OF TRANSPARENT CERAMICS Liu Jun f ang Fu Zhenyi Zhang Dongming Zhang Jinyong (Wuhan University of Science and Technology) Abstract THe current research situation for transparent ceramics was introduced.It mainly focused on the new method and new technology appeared in the transparent cera mics preparing.Meanwhile it simply discussed the effect of pores and grain boundary organization structure on the transmittance of transparent ceramics,and at the same time the author present her own opinion.Keywords transparent cera mics,prepara tion technics,porosity 1 前 言 自1962年R.L.C oble 首次报导成功地制备了透 明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用112 。近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先 后开发出了Al 2O 3、Y 2O 3、MgO 、CaO 、TiO 2、ThO 2、ZrO 2等 氧化物透明陶瓷以及Al N 、ZnS 、ZnSe 、MgF 2、CaF 2等非氧化物透明陶瓷 12-32 。 2 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下 条件142 :(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方 收稿日期:2002-03-06 作者简介:刘军芳,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,430070 第23卷第4期 2002年12月 陶瓷学报 JOURNAL OF CERAMICS Vol.23,No.4Dec.2002
现代陶瓷研究进展
材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师：
目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
氧化铝陶瓷制作工艺
氧化铝陶瓷介绍 来自:中国特种陶瓷网发布时间:2005-8-3 11:51:15 氧化铝陶瓷制作工艺简介 氧化铝陶瓷目前分为高纯型与普通型两种。高纯型氧化铝陶瓷系Ａｌ２Ｏ３含量在９９．９％以上的陶瓷材料，由于其烧结温度高达１６５０—１９９０℃，透射波长为１～６μｍ，一般制成熔融玻璃以取代铂坩埚：利用其透光性及可耐碱金属腐蚀性用作钠灯管；在电子工业中可用作集成电路基板与高频绝缘材料。普通型氧化铝陶瓷系按Ａｌ２Ｏ３含量不同分为９９瓷、９５瓷、９０瓷、８５瓷等品种，有时Ａｌ２Ｏ３含量在８０％或７５％者也划为普通氧化铝陶瓷系列。其中９９氧化铝瓷材料用于制作高温坩埚、耐火炉管及特殊耐磨材料，如陶瓷轴承、陶瓷密封件及水阀片等；９５氧化铝瓷主要用作耐腐蚀、耐磨部件；８５瓷中由于常掺入部分滑石，提高了电性能与机械强度，可与钼、铌、钽等金属封接，有的用作电真空装置器件。其制作工艺如下： 一粉体制备： 郑州玉发集团是中国最大的白刚玉生产商，和中科院上海硅酸盐研究所成立玉发新材料研究中心研究生产多品种α氧化铝。专注白刚玉和煅烧α氧化铝近30年，因为专注所以专业，联系QQ2596686490，电话156390七七八八一。 将入厂的氧化铝粉按照不同的产品要求与不同成型工艺制备成粉体材料。粉体粒度在１μｍ?微米?以下，若制造高纯氧化铝陶瓷制品除氧化铝纯度在９９．９９％外，还需超细粉碎且使其粒径分布均匀。采用挤压成型或注射成型时，粉料中需引入粘结剂与可塑剂，?一般为重量比在１０—３０％的热塑性塑胶或树脂?有机粘结剂应与氧化铝粉体在１５０—２００℃温度下均匀混合，以利于成型操作。采用热压工艺成型的粉体原料则不需加入粘结剂。若采用半自动或全自动干压成型，对粉体有特别的工艺要求，需要采用喷雾造粒法对粉体进行处理、使其呈现圆球状，以利于提高粉体流动性便于成型中自动充填模壁。此外，为减少粉料与模壁的摩擦，还需添加１～２％的润滑剂?如硬脂酸?及粘结剂ＰＶＡ。 欲干压成型时需对粉体喷雾造粒，其中引入聚乙烯醇作为粘结剂。近年来上海某研究所开发一种水溶性石蜡用作Ａｌ２Ｏ３喷雾造粒的粘结剂，在加热情况下有很好的流动性。喷雾造粒后的粉体必须具备流动性好、密度松散，流动角摩擦温度小于３０℃。颗粒级配比理想等条件，以获得较大素坯密度。 二成型方法： 氧化铝陶瓷制品成型方法有干压、注浆、挤压、冷等静压、注射、流延、热压与热等静压成型等多种方法。近几年来国内外又开发出压滤成型、直接凝固注模成型、凝胶注成型、离心注浆成型与固体自由成型等成型技术方法。不同的产品形状、尺寸、复杂造型与精度的产品需要不同的成型方法。摘其常用成型介绍： １干压成型：氧化铝陶瓷干压成型技术仅限于形状单纯且内壁厚度超过１ｍｍ，长
氧化铝陶瓷
氧化铝陶瓷 氧化铝陶瓷（alumina ceramics）是一种以α- Al2O3为主晶的陶瓷材料。其Al2O3含量一般在75～99.99%之间。通常习惯以配料中Al2O3的含量来分类。Al2O3含量在75%左右的为“75瓷“，含量在85%左右的为“85瓷“，含量在95%左右的为“95瓷“，含量在99%左右的为“99瓷“。 工业Al2O3是由铝钒土（Al2O3·3H2O）和硬水铝石制备的，对于纯度要求不高的，一般通过化学方法来制备。电熔刚玉即是用上述原料加碳在电弧炉内于2000～2400C熔融制得，也称人造刚玉。 Al2O3有许多同质异晶体。根据研究报道过的变体有十多种，但主要有三种，即γ- Al2O3，β- Al2O3，α- Al2O3。Al2O3的晶体转化关系如下图，其结构不同，因此其性质也不同，在1300度以上的高温几乎完全转变为α- Al2O3。 γ- Al2O3，属尖晶石型（立方）结构，氧原子形呈立方密堆积，铝原子填充在间隙中。它的密度小。且高温下不稳定，机电性能差，在自然界中不存在。由于是松散结构，因此可利用它来制造多孔特殊用途材料。 β- Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物。它的化学组成可以近似地用RO·6 Al2O3和R2O·11 Al2O3来表示（RO指碱土金属氧化物，R2O指碱金属氧化物），其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]ˉ层和[Al11O12]＋类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离
子排列成立方密堆积，Na＋完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快扩散，呈现离子型导电。 α- Al2O3，属三方晶系，单位晶胞是一个尖的菱面体，在自然办只存在α- Al2O3，如天然刚玉、红宝石、蓝宝石等矿物。α- Al2O3结构最紧密、活 性低、高温稳定。它是三种形态中最稳定的晶型，电学性质最好，具有优良的机电性能。 Al2O3中的化学键是离子键，离子键也称“电价键”，它是由金属原子失去外层电子形成正离子，非金属原子取得电子形成负离子，互相结合形成的。离子键是依靠正负离子间静电引力所产生的化学键，它没有方向性也没有饱和性。A Al2O3陶瓷属于氧化物晶体结构，氧化物结构的结合键以离子键为主，它的分子式通常以AmXn 表示。A(或者B)表示与氧结合的正离子，n为离子数，x表示氧离子，n表示它的数量。大多数氧化物中的氧离子半径大于正离子的半径。所以它们的结构是以大直径的氧离子密堆排列的骨架，组成六方或面心立方点阵，小直径的正离子嵌入骨架的间隙处。这种陶瓷材料具有高的硬度和熔点。 陶瓷体的相组成中，晶相相对含量波动范围很大，通常特种陶瓷中晶相体相对含量较高。晶相对陶瓷材料性质有很大的影响。表中列出了一般陶瓷到特种陶瓷中的刚玉相(α- Al2O3)含量的变化及表现出的性能差异。
2010.氧化钇透明陶瓷的研究进展_靳玲玲
沈宗洋等： (Na, K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展· 521 · 第38卷第3期 氧化钇透明陶瓷的研究进展 靳玲玲1，蒋志君2，章健1，王士维1 (1. 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050；2. 科技部高技术研究发展中心，北京 100044) 摘要：Y2O3为立方结构，熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽，声子能量低，易实现稀土离子的掺杂。Y2O3透明陶瓷在高温窗口，红外头罩，发光介质(闪烁、激光和上转换发光)及半导体行业具有潜在应用价值，有些已获得实际应用。结合研究结果，本文重点介绍Y2O3透明陶瓷制备工艺的研究进展，综合评述Y2O3透明陶瓷在高压气体放电灯灯管、窗口材料、闪烁陶瓷、激光陶瓷、上转换发光等应用领域方面的研究，并对国内Y2O3透明陶瓷的研发提出看法。 关键词：氧化钇；透明陶瓷；制备工艺；稀土掺杂；综合评述 中图分类号：O61 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)03–0521–06 RESEARCH PROGRESS OF YTTRIA TRANSPARENT CERAMICS JIN Lingling1，JIANG Zhijun2，ZHANG Jian1，WANG Shiwei1 (1. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050; 2.The High Technology Research and Development Center, The Ministry of Science and Technology, Beijing 100044, China) Abstract: Because of the high melting point, chemical stability, high transmittance from ultraviolet rays to middle infra-red, and low phonon energy, yttria is a promising material for high temperature windows, infrared domes, optical matrix for scintillation, laser output and upconversion, and components of semiconductor devices. In this paper, the preparation process of yttria transparent ce-ramics and luminescence of the yttria transparent ceramics doped with rare earth elements are discussed in detail. And the applications in high-pressure gas discharge lamp, windows, scintillation ceramics, laser ceramics, upconversion luminescence, and so on are re-viewed. Finally, the views on the research of yttria transparent ceramics are put forward. Key words: yttria; transparent ceramics; preparation technology; rare-earth element doping; review 室温下，Y2O3为稳定的c型立方结构, 晶格常数为1.060nm, 空间群为T h7。每个单胞中包含32个Y3+和48个O2–。Y离子格位存在两种不同的晶格环境，有8个高对称性的S6(即C3i)格位和24个低对称性的C2格位。两种不同Y格位的配位数均为6。 Y2O3的物理化学性质的主要特点是： 1) 熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽(0.23～8.0μm)； 2) 在1050nm处，其折射率高达1.89，使其具有80%以上的理论透过率； 3) Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以通过稀土离子的掺杂，实现发光性能的有效裁剪，从而实现其应用的多功能化； 4) 声子能量低，其最大声子截止频率大约为550cm–1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率；[1] 5) 热导率高，约为13.6W/(m·K)，高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。[2] 上述特性使Y2O3透明陶瓷在高温窗口、红外探测、发光介质、半导体行业具有潜在应用价值。本 收稿日期：2009–06–16。修改稿收到日期：2009–08–08。基金项目：国家“863”计划(2006AA03Z535)资助项目。 第一作者：靳玲玲(1983—)，女，博士研究生。 通信作者：王士维(1964—)，男，博士，教授。Received date:2009–06–16. Approved date: 2009–08–08. First author: JIN Lingling (1983–), female, postgraduate student for doctor degree. E-mail: lljin@https://www.360docs.net/doc/127376312.html, Correspondent author: WANG Shiwei (1964–), male, Doctor, professor. E-mail: swwang51@https://www.360docs.net/doc/127376312.html, 第38卷第3期2010年3月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38，No. 3 March，2010 DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2010.03.010
特种陶瓷材料的研究进展[1]
文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.360docs.net/doc/127376312.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期
氧化铝陶瓷的发展与应用
氧化铝陶瓷的发展与应用 前言 氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。 通常氧化铝陶瓷分为2 大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷。高铝瓷是以Al2O3 和 SiO2 为主要成分的陶瓷,其中Al2O3 的含量在45 %以上,随着Al2O3 含量的增多,高铝瓷的各项性能指标都有所提高。由于瓷坯中主晶相的不同,又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。根据Al2O3 含量的不同,习惯上又称为75瓷、80 瓷、85 瓷、90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等。高铝瓷的用途极为广泛,除了用作电真空器件和装置瓷外,还大量用来制造厚膜、薄膜电路基板,火花塞瓷体,纺织瓷件,晶须及纤维,磨料、磨具及陶瓷刀,高温结构材料等。目前市场上生产、销售和应用最为广泛的氧化铝陶瓷是Al2O3 含量在90 %以上的刚玉瓷。 1 原料 作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15. 34 % ,是自然界中仅次于SiO2 存量的氧化物。一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2 大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。 1. 1 工业氧化铝 工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝石(xAl2O3·H2O> 、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成> 和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法———碱石灰法> 处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是γ- Al2O3 。 工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径< 0. 1μm 的γ- Al2O3 晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30 % ,平均粒径为40～70μm。工业氧化铝含量的质量标准见表1。 表1 工业氧化铝含量的质量标准(质量%> 1 级 2 级 3 级 4 级 5 级 Al2O3> 98. 60 ≮98. 50≮98. 40 ≮98. 30 ≮98. 20 SiO2 ≯0. 02 ≯0. 04 ≯0. 06 ≯0. 08 ≯0. 10 Fe2O3 < 0. 03 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 ≯0. 04 Na2O ≯0. 50 ≯0. 55 ≯0. 60 ≯0. 60 ≯0. 60 灼减< 0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯0. 80 ≯1. 00 工业氧化铝的3 项主要杂质成分中,Na2O 及Fe2O3 将降低氧化铝瓷件的电性能,Na2O 的含量应<0. 5 %～0. 6 % ,Fe2O3 含量应< 0. 04 %。另外,在电真空瓷件中,工业氧化铝
陶瓷材料科学论文
学号： 1004230213 专业素质教育 2012 ~ 2013 学年秋季学期 学院：材料学院 专业班级：无机10—02班 姓名：宋海彬 透明陶瓷的研究现状与发展展望 摘要:陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。综述了透明陶瓷的分类，探讨了透明陶瓷的制备工艺，并展望了透明陶的应用前景。 关键词:性能透明材料前景组成陶瓷透光性制备工艺应用 前言:1962年RLC首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。 透明陶瓷的分类 透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。 1氧化物透明陶瓷
对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的究，其制备工艺也相对成熟。到目前为止，已经先后研发出了多种材料:Be()、ScZ()3、Ti认、ZK):、Ca(〕、Th(矢、A12()3仁5·6〕、Mg()、AI()NL，」、YZ03[8·”〕、稀土元素氧化物、忆铝石榴石(3Y203·SA12()。)仁’0，”】、铝镁尖晶石(Mg()·A一2()。)〔’2，’3]和透明铁电陶瓷pLZ子川等。其中AiZ姚、M四、YZ姚以及忆铝石榴石以其自身优异的综合性能，现已经得到广泛的应用。2非氧化物透明陶瓷 对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广泛应用的主要因素。但经过各国研究人员的共同努力和深人研究，现已经成功地制备出了多种透明度很高的非氧化物透明陶瓷，其中最典型的是AIN、GaAS、MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。 与氧化物透明陶瓷相比，大多数的非氧化物透明陶瓷不仅室温强度高，而且高温力学性能好，此外，还具有优良的抗急冷急热冲击性能。这些都使得对非氧化物透明陶瓷的研究势在必行。 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料。
陶瓷材料的研究进展
论文 题目：陶瓷材料的研究进展 姓名： 专业：化学工程与工艺 学号： 日期：2009-6-21
陶瓷材料的研究进展 摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。 关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development. Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology
氧化铝多孔陶瓷的制备和性能研究 化工论文40
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。名称氧化铝;刚玉;白玉;红宝石;蓝宝石;刚玉粉;corundum化学式Al2O?外观白色晶状粉末或固体。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。Al2O3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;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合
烧结助剂对氧化铝多孔陶瓷结构和性能的影响
MgO烧结助剂对氧化铝多孔陶瓷结构和性能的影响 孙阳1徐鲲濠1孙加林1黄勇2薛伟江2 (1.北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083；2)清华大学材料学院，北京100084) 摘要以叔丁醇为溶剂，采用凝胶注模成型工艺于1500℃保温2h烧结制备出高气孔率、高强度、低热导率氧化铝多孔陶瓷。研究了氧化镁烧结助剂对氧化铝多孔陶瓷气孔率、气孔尺寸及分布、耐压强度和室温热导率的影响。结果表明：当氧化镁添加量从0.5%(质量分数)增加到2.0%时，气孔率的变化范围为64.65%～73.28%；气孔尺寸分布均匀，平均孔径为0.91～1.30μm；加入MgO后，陶瓷具有较高的耐压强度，介于14.1～36.2MPa之间，室温热导率[最低可达0.55W/(m?K)]比相应的致密陶瓷[室温热导率约30W/(m?K)]低2个数量级左右。 关键词：凝胶注模成型；氧化铝多孔陶瓷；MgO烧结助剂；室温热导率 中图分类号：TU528.042.2 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2015)09–0000–07 Effect of MgO Sintering Additives on Structure and Performance of Al2O3 Porous Ceramic SUN Yang1，XU Kunhao1，SUN Jialin1，HUANG Yong2，XUE Weijiang2 (1. University of Science and Technology Beijing, School of Materials Science and Technology, Beijing 100084, China; 2. Tsinghua University, School of Materials Science and Engineering, Skate Key Lab of New Ceramics and Fine Processing, Beijing 100084, China) Abstract: Porous alumina ceramics with high porosity，high compressive strength and low thermal conductivity were fabricated by gel-casting with tert-butyl alcohol as a solvent and subsequent pressure-less sintering at 1500℃ for 2h. The effect of sintering additives (i.e., MgO) on the porosity, open porosity, pore size distribution and microstructure of porous alumina ceramics was investigated. The results show that the porosity increases from 64.65% to 73.28% when the MgO fraction increases from 0.5% (in mass fraction) to 2.0%. The uniform pore size distribution with the mean pore size ranging from 0.91–1.30μm is obtained. The compressive strengths of porous alumina ceramics (i.e., 14.1–36.2MPa) can be improved by the addition of MgO. The thermal conductivity of porous alumina ceramics (i.e., 0.55 W/(m?K)) is two order of magnitude lower than that of dense alumina ceramics (i.e., 30W/(m?K)) at room temperature. Key words: gel-casting;porous alumina ceramics;magnesium oxide sintering additives;thermal conductivity at room temperature Al2O3多孔陶瓷具有许多优良的综合性能(如高强度、耐高温、耐磨性好等)，是一种重要的先进陶瓷材料，已在许多领域获得广泛应用。Al2O3多孔陶瓷可以作为高温窑炉的保温材料，也可以直接用于高温窑炉的炉体内衬。但由于Al2O3熔点很高(2053℃)、离子键较强，从而导致其质点扩散系数低(Al3+在1700℃时扩散系数仅10–11 cm2/s)、烧结温度较高[1]。高的烧结温度不仅耗能增加制造成本，而且促使晶粒的不规则长大，导致材料力学性能降低。这对于解决Al2O3气孔率与强度之间的矛盾以及制备轻质高强Al2O3多孔陶瓷都十分不利。许多文献通过引入烧结助剂，降低Al2O3陶瓷的烧结温度，并指出添加少量的MgO 能显著促进Al2O3陶瓷烧结并抑制晶粒长大，获得细晶粒结构陶瓷材料[2–9]。因此，引入一定量的MgO烧结助剂，不仅能够降低氧化铝的烧结温度，而且会对Al2O3多孔陶瓷的结构和性能产生一定影响。 研究不同MgO添加量对Al2O3陶瓷材料气孔率、气孔尺寸及分布和显微结构的影响，讨论了加入MgO 后耐压强度、热导率与结构之间的关系。 1实验 1.1 样品制备 Al2O3粉料的d50=0.756μm，比表面积为7.94m2·g–1，MgO粉料的d50=0.894μm，比表面积为6.71m2/g。以分析纯的丙烯酰胺(AM)为单体，N,N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)为交联剂，叔丁醇(TBA)为溶剂，催化剂和引发剂分别为N,N,N′,N′-四甲基乙二胺(TEMED)和过硫酸铵(APS)。 收稿日期：2014–12–08。修订日期：2015–01–07。 第一作者：孙阳(1956—)，男，博士研究生。