多孔陶瓷材料的制备技术
多孔陶瓷材料的制备与力学性能分析
多孔陶瓷材料的制备与力学性能分析一、引言多孔陶瓷材料因其优异的力学性能和广泛的应用领域备受关注。
本文旨在介绍多孔陶瓷材料的制备方法和针对其力学性能进行的分析研究。
二、多孔陶瓷材料的制备方法1. 聚合物泡沫模板法聚合物泡沫模板法是一种简便有效的多孔陶瓷材料制备方法。
首先，选取适合的聚合物泡沫作为模板，将其浸渍在陶瓷浆料中，使其吸收浆料。
然后，通过烧结和模板燃烧两个步骤分别实现泡沫的烧结和模板的去除，最终得到多孔陶瓷材料。
2. 空位控制法空位控制法是一种通过控制陶瓷材料内部的空隙分布来制备多孔陶瓷材料的方法。
通过合适的材料选择和特定的配方，使得陶瓷材料在烧结过程中形成均匀分布的空隙。
这些空隙不仅能够降低材料的密度，还能够提高材料的韧性和抗冲击性能。
三、力学性能分析1. 压缩性能多孔陶瓷材料的压缩性能是其重要的力学性能之一。
通过应用力学测试方法，可以对多孔陶瓷材料在不同载荷下的变形行为进行研究。
实验结果表明，多孔陶瓷材料的压缩变形主要表现为两个阶段，即线弹性阶段和塑性阶段。
线弹性阶段受材料内部的微观结构和孔隙的分布控制，而塑性阶段则受材料的界面相互作用和孔隙的塌陷程度影响。
此外，多孔陶瓷材料的压缩性能还与其孔隙率、孔径大小和孔隙结构等因素密切相关。
2. 弯曲性能多孔陶瓷材料的弯曲性能是评估其在应力作用下的变形和破坏行为的重要指标。
通过三点弯曲测试等方法，可以研究多孔陶瓷材料在弯曲载荷下的应力分布、变形行为和破坏机制。
研究表明，多孔陶瓷材料在弯曲载荷下呈现出明显的脆性破坏特征，弯曲强度与孔隙率呈负相关。
此外，控制材料内部的孔隙结构和孔径大小可以显著影响多孔陶瓷材料的弯曲性能。
3. 抗冲击性能多孔陶瓷材料的抗冲击性能是其在受到冲击载荷下的抵抗能力。
通过进行冲击实验，可以研究多孔陶瓷材料在不同速度下的应力应变行为和破坏机制。
实验结果显示，多孔陶瓷材料的抗冲击性能随着孔隙率的增大而增加，而抗冲击强度则受材料的孔径大小和孔隙结构的影响。
多孔陶瓷材料的制备与表征研究
多孔陶瓷材料的制备与表征研究一、引子：多孔陶瓷材料是具有许多孔隙结构的特殊材料，广泛应用于过滤、吸附、催化等领域。
本文旨在探讨多孔陶瓷材料的制备方法和表征技术。
二、制备方法：1. 泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷材料是一种具有高度结构有序和孔隙连通的多孔材料，制备方法多样。
一种常见的方法是以聚合物泡沫为模板，采用浇注、喷涂等方法制备泡沫预体，然后经过热解和烧结得到陶瓷材料。
2. 模板法模板法是一种常见的多孔陶瓷制备方法，通过采用不同孔隙大小的模板，可以制备出不同孔径的陶瓷材料。
常用的模板包括聚苯乙烯微球、树脂珠等，将模板与陶瓷原料混合，烧结后，通过溶解或者燃烧去除模板，从而得到多孔陶瓷材料。
3. 发泡法发泡法是一种常用的制备多孔陶瓷材料的方法，通过在陶瓷浆料中加入气泡剂，使其在烧结过程中发生气泡膨胀，形成孔隙结构。
发泡法制备的多孔陶瓷材料孔隙布局均匀，孔径可调。
4. 真空浸渍法真空浸渍法是一种制备高度有序多孔陶瓷材料的方法。
首先制备出二氧化硅或其他陶瓷材料的溶胶，然后将其浸渍到特殊的介孔硅胶膜上，经过多次浸渍和热解处理，最终得到孔径可调的多孔陶瓷材料。
三、表征技术：1. 扫描电子显微镜（SEM）SEM可以观察到材料的表面形貌和孔隙结构。
通过SEM图像可以评估多孔陶瓷材料的孔径分布、孔隙连通性等，并可以对制备方法进行优化改进。
2. 氮气吸附-脱附法（BET）BET技术可以用来测定纳米孔隙的孔径和比表面积。
通过测定材料在吸附和脱附过程中氮气的吸附量，可以计算出材料的比表面积和孔隙体积。
3. 压汞法压汞法是一种测量材料孔隙结构及孔隙分布的方法。
利用孔隙的连通性，通过施加不同的压力，测定压汞的饱和和释放曲线，从而得到材料的孔隙直径和孔隙分布。
4. X射线衍射法（XRD）XRD可以通过分析材料的衍射谱来确定多孔陶瓷材料的结晶相、晶粒尺寸等信息。
结合其他表征技术，可以评估材料的热稳定性和晶格缺陷等特性。
结语：多孔陶瓷材料的制备和表征是一个复杂而重要的领域。
多孔SiC陶瓷的制备与应用
多孔SiC陶瓷的制备与应用多孔SiC陶瓷是一种具有广泛应用潜力的材料，具有优异的力学性能、化学稳定性和高温抗氧化性能。
其制备方法有很多种，其中常见的方法包括凝胶注模法、聚合物发泡法、凝胶燃烧法和浸渗法等。
凝胶注模法是一种常用的制备多孔SiC陶瓷的方法。
该方法首先通过将硅源和碳源在溶剂中制备成凝胶，然后通过注模成型，最后进行干燥、烧结等工艺步骤得到多孔SiC陶瓷。
这种方法可以获得具有较好孔隙互通性和一定尺寸和形貌控制的多孔陶瓷。
凝胶燃烧法是一种制备多孔SiC陶瓷的快速方法。
该方法通过将硼酸和硼氢化钠等物质共烧制得到多孔陶瓷。
这种方法具有制备周期短、成本低的优点，然而在制备过程中需要注意控制燃烧过程，以避免生成非晶相。
浸渗法是一种制备高性能多孔SiC陶瓷的方法。
该方法通过将聚合物浸渍到多孔炭材上，并经过热处理得到多孔SiC陶瓷。
这种方法可以获得具有高比表面积和较好力学性能的多孔陶瓷。
多孔SiC陶瓷在众多领域中具有广泛的应用。
在能源领域中，多孔SiC陶瓷可用作热交换器、高温电池和高温气体分离装置等组件。
其高温抗氧化性能和热稳定性使其成为高温环境中的理想材料。
在过滤和分离领域中，多孔SiC陶瓷可用作高效微滤膜和分离膜，用于水处理、气体分离和固体颗粒捕集等应用。
其高比表面积和孔隙结构使其具有较好的过滤和分离性能。
多孔SiC陶瓷还可用于催化剂载体、生物材料和传感器等领域。
其化学稳定性和生物相容性使其成为催化剂载体和生物材料的理想选择，而其良好的电学和热学性能使其成为传感器应用的有利材料。
多孔陶瓷材料的制备与力学特性
多孔陶瓷材料的制备与力学特性多孔陶瓷材料作为一种具有广泛应用前景的材料，其制备和力学特性研究成为材料科学领域的热点问题。
本文将从多角度探讨多孔陶瓷材料的制备方法及其力学特性的研究进展。
一、多孔陶瓷材料的制备方法多孔陶瓷材料的制备方法多样，常见的包括模板法、沉积法、发泡法和溶胶—凝胶法等。
其中，模板法是一种常用且成熟的制备方法。
通过选择不同的模板材料，可以制备出具有不同孔隙结构的多孔陶瓷材料。
沉积法则是通过在基底上逐层沉积陶瓷材料，随后去除模板材料，从而得到多孔陶瓷。
而发泡法是通过在材料中注入气体或气泡制得多孔结构。
溶胶—凝胶法则是将溶胶转变为凝胶，在凝胶中形成孔洞，制备多孔陶瓷材料。
二、多孔陶瓷材料的力学特性研究多孔陶瓷材料具有许多独特的力学特性，这些特性直接影响着其在不同领域的应用。
其中，强度是多孔陶瓷材料的重要力学特性之一。
研究表明，多孔陶瓷材料的强度主要受到孔隙率、孔隙形状和孔隙分布的影响。
当孔隙率较低时，多孔陶瓷材料的强度较高；相反，当孔隙率较高时，多孔陶瓷材料的强度较低。
此外，孔隙形状也会对多孔陶瓷材料的强度产生明显影响。
如球形孔隙比长方形孔隙更有利于提高多孔陶瓷材料的强度。
除了强度外，多孔陶瓷材料的韧性也是关注的焦点。
韧性是衡量材料抵抗断裂能力的重要指标，对材料的可靠性和安全性至关重要。
多孔陶瓷材料的韧性主要受到孔隙率、孔隙大小和材料本身的影响。
研究发现，当孔隙率较低、孔隙大小较小时，多孔陶瓷材料的韧性较高。
此外，选择适当的陶瓷材料也能提高多孔陶瓷材料的韧性。
三、未来的研究方向随着研究的深入，多孔陶瓷材料的制备和力学特性研究仍然面临一些挑战。
为了获得更好的制备方法和提高力学性能，未来的研究可以从以下几个方面展开：首先，可以进一步改进和优化现有的制备方法，提高多孔陶瓷材料的孔隙结构和均匀性。
其次，可以通过引入纳米材料、纤维等进行增强改性，以提高多孔陶瓷材料的力学性能。
此外，基于机器学习和计算模拟等技术，可以探索更广泛的多孔陶瓷材料设计空间，从而实现材料性能的定制化。
多孔陶瓷材料的的研究现状及应用
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。
多孔陶瓷的制备方法及形成机理
泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般
陶瓷工艺，它采用特别严密的软质泡沫
塑料(如聚氨酯)为载体，进而加工成所需
形状、尺寸等。
有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原
状并足以弹回而没有过量的变形，留下涂
覆在泡沫纤维上的陶瓷，然后，经干燥、 高温烧结，进而完全烧尽聚合物，最后余 下一个内连开口气孔三维网状骨架和孔隙 结构(即泡沫结构)的纯粹陶瓷复制品。
料浆，而后在高温下燃尽载体材料而形
成孔隙结构。
如采用聚氨酯泡沫塑料作为多孔载
体，可以制成孔结构与原泡沫塑料相同
的泡沫陶瓷。
根据需要，可选用不同孔结构的载体。 选用载体时，应遵循的原则是，载体 有足够的弹性和强度，可以支撑所吸附的
湿物料而不致于使孔闭合。
料浆干燥后，生坯在较低温度下进行 排塑，这时升温速度应缓慢，以防泡沫塑 料过快燃尽而使孔坍塌。
反应、扩散、液相浸润、液相反应等相
互作用，使多孔材料在烧成时产生一定
的收缩。
因此，添加剂的种类、数量、烧成 温度、时间、气氛等因素均对材料的孔 结构产生影响。
添加剂量增多时，气孔率及平均孔
径都会减少；
烧结温度过高或烧结时间过长，形 成的液相会填充孔隙，也会降低气孔率
或形成闭气孔。
(2) 利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷
中加入碳粉、碳黑等。这些物质在高温
下燃烧挥发而留下孔隙。
利用该法可制各出气孔率高于60％的
多孔陶瓷。
另外，添加可燃尽物质的数量和尺寸， 将对材料的气孔率、最大孔径会产生影响， 并降低材料的强度。
(４) 利用材料的热分解、相变、
离析而形成小孔隙。
多孔陶瓷的制备方法 及形成机理
一、多孔陶瓷的制备方法
3.1 粒状陶瓷的制备 3.2 蜂窝陶瓷的制备
多孔陶瓷骨修复材料的制备和骨组织工程中的应用
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
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第14卷第3期V o l.14N o.3材 料 科 学 与 工 程M aterials Science&Engineering总第55期Sep t.1996多孔陶瓷材料的制备技术朱时珍 赵振波北京理工大学 北京 100081刘庆国北京科技大学 北京 100083【摘 要】 本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。
【关键词】 多孔陶瓷 制备 造孔剂 泡沫浸渍Techn iques For Preparation of PorousCeram ic M ater i alsZhu Sh izhen Zhao ZhenboBe ij i ng I n stitute of Technology Be ij i ng 100081L iu Qi ngguoBe ij i ng Un iversity of Sc ience and Technology Be ij i ng 100083【Abstract】 T he recent status of techniques fo r p reparati on of po rous ceram ic m aterials w as re2view ed.V ari ous techniques fo r p reparati on of po rous ceram ic m aterials researched mo re actively and ap2 p lied mo re successfully w ere analyzed,and the future developm ent trends w ere discussed.【Key words】 Po rous ceram ics,Fabricati on,Po re2fo r m ing m aterials,Foam i m p regnati on一、前 言近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。
多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。
例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、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,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,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近百篇,而且有逐年增长的趋势。
但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。
二、多孔陶瓷材料的制备技术多孔陶瓷材料的材质种类繁多,由于使用目的不同,对材料的性能要求各异,因此,近年来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,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶2凝胶工艺等。
表1比较了这几种工艺方法的特点及应用。
表1 制取多孔陶瓷材料的各种工艺比较成形方法优 点缺 点应用实例添加造孔剂的方法11采用不同的成形方法,可制得形状复杂的制品21可制取各种气孔结构的多孔制品11气孔分布均匀性差21不适合制取高气孔率的制品一般过滤器,催化剂支持体有机泡沫浸渍方法11能制取高气孔率的制品21试样强度好11不能制造小孔径闭气孔的制品21制品形状受限制31制品成份密度不易控制金属熔体过滤器发泡方法11特别适于制取闭气孔的制品21气孔率大,强度高11对原料的要求高21工艺条件不易控制轻质建材,保温材料溶胶2凝胶方法11适于制取微孔陶瓷21适于制取薄膜材料31气孔分布均匀11原料受限制21生产率低31制品形状受限制微孔分离膜11添加造孔剂工艺该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。
虽然在普通的陶瓷工艺中,采用调整烧结温度和时间的方法,可以控制烧结制品的气孔率和强度,但对于多孔陶瓷烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失,烧结温度太低,则制品的强度低,无法兼顾气孔率和强度,而采用添加造孔剂的方法则可以避免这种缺点,使烧结制品既具有高的气孔率,又具有很好的强度,用该法制备的多孔陶瓷,气孔率一般在50%以下。
添加造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程与普通的陶瓷工艺流程相似,这种工艺方法的关键在于造孔剂种类和用量的选择。
(1)造孔剂种类和用量的选择造孔剂加入的目的在于促使气孔率增加,它必须满足下列要求:在加热过程中易于排除;排除后在基体中无有害残留物;不与基体反应。
造孔剂的种类有无机和有机二类。
无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解盐类[1],以及其它可分解化合物如Si3N4[2],或无机碳如煤粉、碳粉等。
有机造孔剂主要是一些天然纤维、高分子聚合物和有机酸等,如锯末、萘、淀粉、及聚乙烯醇、尿素、甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等[324]。
造孔剂颗粒的大小和形状决定了多孔陶瓷材料气孔的大小和形状。
上述造孔剂均在远低于基体陶瓷烧结温度下分解或挥发,由于是在较低温度形成孔,因此很可能有一部分、特别是较小的孔,会在以后的高温烧结时封闭,造成透过性能的降低。
而采用另一类型的透孔剂,可以克服这些缺点。
这种类型造孔剂的特点是:造孔剂在基体陶瓷烧结温度下不排除,基体烧成后,用水、酸或碱溶液浸出造孔剂而成为多孔陶瓷。
这类造孔剂包括熔点较高而又可溶于水、酸或碱溶液的各种无机盐或其它化合物,要求在陶瓷烧结温度下不熔化、不分解、不烧结、不与基体陶瓷反应。
这类造孔剂特别适用于玻璃质较多的多孔陶瓷或多孔玻璃的制造。
例如,K iefer[4]申请了N a2SO4、CaSO4、N aC l、CaC l2等作造孔剂制造多孔玻璃的专利。
而日本专利[5]用60%的Y2O3稳定的Zr O2与40%的Y2O3混合,在1150℃烧结后,浸在30w t%的热盐酸中5小时,也制成了多孔的Zr O2陶瓷。
作者系统研究了造孔剂添加量对制备多孔A l2O3陶瓷的影响,发现造孔剂添加量不同,不仅直接影响最终多孔陶瓷的气孔率,而且随造孔剂添加量增加,多孔A l2O3的平均孔径和最大孔径都将增大,因此也提高了其透气系数,但对其烧结活化能并无影响。
并且认为多孔A l2O3陶瓷的大部分力学性能更多的依赖于烧结温度,而对气孔率的依赖性随烧结温度的提高而减小。
(2)混料为使多孔陶瓷制品的气孔分布均匀,混料的均匀性非常重要。
一般造孔剂的比重小于陶瓷原料的比重,另外它们的粒度大小往往不同,因此,难以使其很均匀混合。
研究人员在这方面作了许多努力。
Sonuparlak等[3]采用二种不同的混料方法解决了上述问题。
如果陶瓷粉末很细,而造孔剂颗粒较粗或造孔剂溶于粘结剂中,可以将陶瓷粉末与粘结剂混合造粒后,再与造孔剂混合。
另一方法是将造孔剂和陶瓷粉末分别制成悬浊液,再将二种料浆按一定比例喷雾干燥混合。
而日本专利则采用将造孔剂微粒与ZrC l4和稳定剂YC l3水溶液充分混合,加氨水共沉淀,得到一种胶状物质,从而使造孔剂分布均匀。
表2 多孔陶瓷的成形方法比较成形方法优 点缺 点适用范围模压11模具简单21尺寸精度高31操作方便,生产率高11气孔分布不均匀21制品尺寸受限制31制品形状受限制尺寸不大的管状、片状、块状。
挤压11能制取细而长的管材21气孔沿长度方向分布均匀31生产率高可连续生产11需加入较多的增塑剂21泥料制备麻烦31对原料的粒度要求高细而长的管材、棒材,某些异形截面管材。
轧制11能制取长而细的带材及箔材21生产率高可连续生产11制品形状简单21粗粉末难加工各种厚度的带材,多层过滤器。
等静压11气孔分布均匀21适于大尺寸制品11尺寸公差大21生产率低大尺寸管材及异形制品注射11可制形状复杂的制品21气孔沿长度方向分布均匀11需加入较多的塑化剂21制品尺寸大小受限制各种形状复杂的小件制品粉浆浇注11能制形状复杂的制品21设备简单11生产率低21原料受限制复杂形状制品,多层过滤器。
(3)成型多孔陶瓷的成型方法与普通的陶瓷成型方法相似,主要有模压、挤压、等静压、轧制、注射和粉浆浇注等。
表2是各种成型方法的比较其中应用比较成功,用得最多的是挤压成型[4,6],特别是用于工业废气和汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷的成型。
A u ri o l等[6]曾采用9%凡士林和16%的水胶(115%甲基纤维素)作增塑剂,成功制取了挤压泥料。
K iefer[4]则用生淀粉作造孔剂,用淀粉浆糊、甲基纤维素或聚乙烯醇等作增塑剂,挤压成型制备蜂窝状陶瓷。
日本专利还采用过水合A l2O3加磷酸制备泥料。
注浆工艺能使陶瓷粉料与造孔剂较好地混合,制成的多孔陶瓷气孔分布均匀,且设备简单,因而这种工艺也是制备多孔陶瓷常用的方法。
该工艺的技术关键是料浆的制备。
也有日本专利用30%290%陶瓷原料,加10270%的锯末作造孔剂,制成悬浊液,再加0102%的凝聚剂,注浆或浇注成型,A u ri o l[6]则采用乙醇作分散剂,加012%的粘结剂来注浆成型。
模压成型的最大优点是简单方便,如果对制品的质量要求不高,较小的片状、块状或管状的多孔陶瓷都可用模压成型的方法制备。
(4)烧结多孔陶瓷的烧结制度主要取决于原料,添加剂及最后制品所需的性能。
一般,当多孔陶瓷坯料中添加剂较多时,为了不使坯体在烧结过程中破裂,必须严格控制升温速率。
另外,从方便排除各种有机添加剂考虑,必须在添加剂排除温度下保持足够长的时间。
提高烧结温度,延长烧结时间,有利于提高烧结体的强度,但会降低制品的气孔率。
这目前仍是多孔陶瓷实用化面临的问题之一。
21有机泡沫浸渍工艺有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料,干燥后烧掉有机泡沫,获得多孔陶瓷的一种方法。
该法适于制备高气孔率,开气孔的多孔陶瓷。
自从Schw artz w alder[7]首先发明该法以来,经过不断的改进与发展,目前已日趋成熟。
下面就一些关键步骤予以分析。
(1)有机泡沫的选择选择有机泡沫首先要考虑的是孔径大小,因为泡沫孔径的大小决定了最后制品的孔径尺寸。
另外泡沫的恢复力和气化温度也很重要,恢复力要足够大,而气化温度要低于陶瓷的烧结温度。
满足以上条件的有机泡沫材料有聚氨基甲酸乙脂、纤维素、聚氯乙烯和聚苯乙烯等。