多孔陶瓷材料论述
多孔陶瓷的原材料

多孔陶瓷的原材料多孔陶瓷是一种具有开放或封闭孔隙结构的陶瓷材料。
它具有高温稳定性、优异的化学稳定性和良好的吸附性能,广泛应用于过滤、分离、催化、吸附等领域。
多孔陶瓷的原材料主要包括陶瓷粉体、添加剂和模板剂。
一、陶瓷粉体陶瓷粉体是多孔陶瓷的主要原材料,通常由无机氧化物组成,如氧化铝、氧化硅、氧化锆等。
这些陶瓷粉体具有高熔点、高硬度和化学稳定性,能够在高温下保持稳定的结构和性能。
根据所需的应用要求,可以选择不同种类和粒径的陶瓷粉体。
二、添加剂添加剂是为了改善多孔陶瓷的性能而加入的材料。
常见的添加剂有结合剂、增强剂和抗氧化剂等。
结合剂可以提高陶瓷粉体之间的结合强度,增强陶瓷的力学性能。
增强剂可以增加陶瓷的抗压强度和耐磨性。
抗氧化剂可以提高陶瓷的高温稳定性,延长其使用寿命。
三、模板剂模板剂是用于形成多孔结构的模板,它可以通过一定的方法在陶瓷材料中形成孔隙。
常见的模板剂有有机物、无机盐和聚合物等。
有机物可以在高温条件下分解,形成气体释放,从而形成孔隙。
无机盐在高温条件下可以溶解,留下孔隙。
聚合物可以在高温下烧结形成孔隙。
四、制备工艺多孔陶瓷的制备主要包括混合、成型和烧结等过程。
首先,将陶瓷粉体与添加剂和模板剂混合均匀。
然后,将混合物成型为所需的形状,可以通过压制、注塑或3D打印等方法实现。
最后,将成型体进行高温烧结,使其形成致密的结构和孔隙。
五、应用领域多孔陶瓷具有广泛的应用领域。
在过滤领域,多孔陶瓷可以用于固液分离、气固分离和微滤等,例如水处理、空气净化和化学品分离。
在催化领域,多孔陶瓷可以作为载体用于催化剂的固定和分散,提高催化反应的效率和选择性。
在吸附领域,多孔陶瓷可以用于气体吸附、液体吸附和离子交换等,例如气体储存、废水处理和离子选择性吸附。
六、发展趋势随着科学技术的不断发展,多孔陶瓷的原材料和制备工艺也在不断创新。
近年来,有机-无机杂化材料和纳米孔道材料等新型多孔陶瓷材料得到了广泛关注。
此外,利用生物模板和自组装方法制备多孔陶瓷的研究也取得了重要进展。
多孔陶瓷分类

多孔陶瓷分类一、简介多孔陶瓷是一种具有开放孔隙结构的陶瓷材料,它的孔隙率通常在20%到70%之间。
多孔陶瓷因其独特的结构和性能,在各个领域得到广泛应用。
根据其特性和用途的不同,多孔陶瓷可以分为多个不同的分类。
二、按用途分类1. 过滤陶瓷过滤陶瓷是多孔陶瓷的一种,其主要功能是过滤和分离固体颗粒、悬浮物或液体中的杂质。
过滤陶瓷具有高孔隙率和均匀的孔径分布,能够有效去除微小颗粒和胶体物质,广泛应用于水处理、环境保护和化工等领域。
2. 吸附陶瓷吸附陶瓷是一种具有较大表面积和丰富孔隙的多孔陶瓷材料。
它可以通过吸附和解吸的过程来吸附、分离和回收气体或液体中的有害物质。
吸附陶瓷广泛应用于空气净化、有机废气处理和催化剂载体等领域。
3. 保温陶瓷保温陶瓷是一种具有低热导率和良好绝缘性能的多孔陶瓷材料。
它能够有效隔热和保温,广泛应用于建筑、冶金和电子等领域,用于保护设备和提高能源利用效率。
4. 生物陶瓷生物陶瓷是一种具有良好生物相容性和生物活性的多孔陶瓷材料。
它可以用于修复骨组织和组织工程,广泛应用于医疗和生物科技领域。
三、按制备方法分类1. 泡沫陶瓷泡沫陶瓷是一种通过泡沫模板法制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括泡沫模板的制备、浆料的渗透和烧结等步骤。
泡沫陶瓷具有均匀的孔隙结构和较低的密度,广泛应用于隔热、过滤和吸附等领域。
2. 泡状陶瓷泡状陶瓷是一种通过发泡剂制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括发泡剂的添加、混合和烧结等步骤。
泡状陶瓷具有较大的孔隙率和均匀的孔径分布,广泛应用于过滤、吸附和催化等领域。
3. 模板法陶瓷模板法陶瓷是一种通过模板法制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括模板的制备、浆料的注入和烧结等步骤。
模板法陶瓷具有可控的孔隙结构和孔径分布,广泛应用于分离、过滤和吸附等领域。
四、按材料分类1. 硅碳化陶瓷硅碳化陶瓷是一种以碳化硅为主要组分的多孔陶瓷材料。
它具有高温稳定性、耐腐蚀性和良好的机械性能,广泛应用于高温过滤、催化和磨料等领域。
多孔陶瓷材料的发展前景

多孔陶瓷材料的发展前景
多孔陶瓷材料是一种具有微孔结构的陶瓷材料,它在工业、医疗和环保等领域
有着广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和人们对环保、高效材料的需求不断增加,多孔陶瓷材料的发展前景也变得越来越广阔。
首先,多孔陶瓷材料在过滤和分离领域有着重要的应用。
其微孔结构可以有效
地过滤掉颗粒物和杂质,使得材料具有良好的过滤性能。
在水处理、气体分离等领域,多孔陶瓷材料可以发挥出色的效果,为环保事业作出积极贡献。
其次,多孔陶瓷材料在生物医药领域也有着广泛的应用前景。
由于其生物相容
性好、耐高温、耐腐蚀等特点,多孔陶瓷材料被广泛用于骨修复、人工关节等医疗器械的制造中。
未来随着医疗技术的不断进步,多孔陶瓷材料的应用将会更加广泛。
此外,多孔陶瓷材料还在能源领域表现出色。
其高温抗氧化性和较高的热稳定
性使其成为热障层、燃料电池等领域的理想材料。
未来随着清洁能源需求的增加,多孔陶瓷材料必将迎来新的发展机遇。
综上所述,多孔陶瓷材料作为一种新型、高效材料,在工业、医疗和能源等多
个领域都有着广阔的应用前景。
在全球经济不断发展的背景下,多孔陶瓷材料将在未来发挥越来越重要的作用,为各行各业带来更多的创新和发展机遇。
多孔陶瓷

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。
多孔陶瓷材料论述..

★多孔材料论述★第一章多孔材料概述 (2)1.1 多孔材料的概念 (2)1.2 多孔材料的类型 (2)1.2.1 多孔金属材料 (3)1.2.2 多孔陶瓷材料 (6)1.2.3 泡沫塑料 (10)1.3 结束语 (13)第二章多孔材料的应用 (14)2.1 多孔金属材料的应用 (14)2.2 多孔陶瓷材料的应用 (17)2.3 泡沫塑料的用途 (20)2.4 结束语 (21)第三章多孔金属制备 (22)第四章多孔陶瓷制备 (23)4.1 挤出成型工艺 (23)4.2 颗粒堆积成孔工艺 (24)4.3 添加造孔剂工艺 (24)4.4 发泡工艺 (24)4.5 溶胶-凝胶(Sol Gel)工艺 (25)4.6 冷冻干燥工艺 (25)4.7 多孔模板组织遗传形成气孔的制备工艺 (25)第五章泡沫塑料的制备 (28)5.1 泡沫塑料的发泡原理 (28)5.1.1 泡沫塑料的原材料 (28)5.1.2 发泡方法 (28)5.1.3 气泡核的形成 (28)5.1.4 气泡的长大 (28)5.1.5 泡体的稳定和固化 (29)5.1.6 几种泡沫塑料的发泡成形 (29)5.2 泡沫塑料的成形工艺 (30)★多孔材料论述★第一章多孔材料概述多孔材料普遍存在于我们的周围,在结构、缓冲、减振、隔热、消音、过滤等方面发挥着重大的作用。
高孔率固体刚性,高面密度低,故天然多孔固体往往作为结构体来使用,如本材和骨骼,而人类对多孔材料的使用,则不但有结构方面的.而且还开发了许多功能用途。
本章主要介绍这种重要材料的基本概念和特点。
1.1 多孔材料的概念顾名思义,多孔材料是一类包含大量孔隙的材料。
这种多孔团体材料主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成。
其中流体相又可随孔隙中所含介质的不同而出现两种情况,即介质为气体时的气相和介质为液体时的液相。
那么,是否含有孔隙的材料就能称为多孔材料呢?回答是否定的。
比如在材料使用过程中经常遇到的孔洞、裂隙等以缺陷形式存在的孔眩,它们的出现会降低材料的使用性能,这是设计者所不希望的,因而这些材料就不能叫做多孔材料。
多孔陶瓷

多孔陶瓷制备工艺1. 多孔陶瓷概述多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷,是一种新型陶瓷材料,是由骨料、粘结剂和增孔剂等组分经过高温烧成的,具有三维立体网络骨架结构的陶瓷体。
多孔陶瓷是近30年来受到广泛关注的一种新型陶瓷材料,因其基体孔隙结构可实现多种功能特性,所以又称为气孔功能材料。
多孔陶瓷不仅具有良好的化学稳定性及热稳定性.而且还具有优异的透过性、高比表面积、极低的电导率及热导率等性能。
可用作过滤材料、催化剂载体、保温隔热材料、生物功能材料等,目前已经广泛应用于化工、能源、冶金、生物医药、环境保护、航空航天等诸多领域。
多孔陶瓷一般可按孔径大小分为3类:微孔陶瓷(孔径小于2nm)、介孔陶瓷(孔径为2~50nm)及宏孔陶瓷(孔径大于50nm)。
若按孔形结构及制备方法,其又可分为蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷两类,后者有闭孔型、开孔型及半开孔型3种基本类型。
根据陶瓷基体材料种类,将其分为氧化铝基、氧化锆基、碳化硅基及二氧化硅基等。
需要指出的是,多孔陶瓷种类繁多,可以基于不同角度进行分类。
2. 多孔陶瓷的制备方法多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。
他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。
此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。
我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。
多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。
根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年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,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。
2.1 多孔陶瓷的传统制备工艺2.1.1 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。
浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷08 化本黄振蕾080900029摘要:随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现,多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大,目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域,引起了全球材料学关键词:多孔陶瓷制备应用发展0. 引言多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。
多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。
多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。
因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。
1 多孔陶瓷材料的制备方法1. 1 挤压成型法挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。
一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。
其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。
目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。
美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。
我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。
例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型的多孔陶瓷。
其工艺流程为:原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T烧成T制品。
多孔陶瓷与实用总结

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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★多孔材料论述★第一章多孔材料概述 (2)1.1 多孔材料的概念 (2)1.2 多孔材料的类型 (2)1.2.1 多孔金属材料 (3)1.2.2 多孔陶瓷材料 (6)1.2.3 泡沫塑料 (10)1.3 结束语 (13)第二章多孔材料的应用 (14)2.1 多孔金属材料的应用 (14)2.2 多孔陶瓷材料的应用 (17)2.3 泡沫塑料的用途 (20)2.4 结束语 (21)第三章多孔金属制备 (22)第四章多孔陶瓷制备 (23)4.1 挤出成型工艺 (23)4.2 颗粒堆积成孔工艺 (24)4.3 添加造孔剂工艺 (24)4.4 发泡工艺 (24)4.5 溶胶-凝胶(Sol Gel)工艺 (25)4.6 冷冻干燥工艺 (25)4.7 多孔模板组织遗传形成气孔的制备工艺 (25)第五章泡沫塑料的制备 (28)5.1 泡沫塑料的发泡原理 (28)5.1.1 泡沫塑料的原材料 (28)5.1.2 发泡方法 (28)5.1.3 气泡核的形成 (28)5.1.4 气泡的长大 (28)5.1.5 泡体的稳定和固化 (29)5.1.6 几种泡沫塑料的发泡成形 (29)5.2 泡沫塑料的成形工艺 (30)★多孔材料论述★第一章多孔材料概述多孔材料普遍存在于我们的周围,在结构、缓冲、减振、隔热、消音、过滤等方面发挥着重大的作用。
高孔率固体刚性,高面密度低,故天然多孔固体往往作为结构体来使用,如本材和骨骼,而人类对多孔材料的使用,则不但有结构方面的.而且还开发了许多功能用途。
本章主要介绍这种重要材料的基本概念和特点。
1.1 多孔材料的概念顾名思义,多孔材料是一类包含大量孔隙的材料。
这种多孔团体材料主要由形成材料本身基本构架的连续固相和形成孔隙的流体相所组成。
其中流体相又可随孔隙中所含介质的不同而出现两种情况,即介质为气体时的气相和介质为液体时的液相。
那么,是否含有孔隙的材料就能称为多孔材料呢?回答是否定的。
比如在材料使用过程中经常遇到的孔洞、裂隙等以缺陷形式存在的孔眩,它们的出现会降低材料的使用性能,这是设计者所不希望的,因而这些材料就不能叫做多孔材料。
所谓多孔材料,必须具备如下两个要素:一是材料中包含有大量的孔隙;二是是所含孔隙被用来满足某种或某些设计要求以达到所期待的使用性能指标。
可见,多孔材料中的孔隙是设计者和使用者所希望出现的功能相,它们为材料的性能提供优化作用。
1.2 多孔材料的类型多孔材料的相对孔隙含量(即孔率,又称孔隙率或孔隙度)是变化的。
根据孔率的大小可将其分为中低孔率材料和高孔率材料,前者的孔隙多为封闭型,其中孔隙的行为类似于材料中的夹杂相;后者则随孔隙形态和连续固相形态而呈现出三种形式(见图11)。
其个第一种形式为连续固体作多边形二维排列,孔隙相应地早柱状分隔地存在,类似于蜜蜂的六边形巢穴,因而可将这种二维多孔材料形象的称为“蜂窝材料”;第二种形式是连续固体呈三维网状结构,形成的孔隙相互连通,这种三维多孔材料被称为“开孔泡沫材料”;第三种形式为连续固体诚多面体壁面结构,从而分隔出一个个封闭的孔隙,这种三维多孔材料称为“闭孔泡沫材料”。
还有介于开孔泡沫材料和闭孔材料两种形态之间的“半开孔泡沫材料”。
就获取方式的不同,广义的多孔材料又可分为天然多孔材料和人造多孔材料两大类。
天然多孔固体的存在是普遍的,例如动物和人类用来支撑躯体的骨骼。
植物用来进行光合作用的叶片,还有木材、海绵和珊瑚等。
植物叶片和活树干中所含孔隙内的流体相均为液体,即树液。
而人造多孔材料中所含孔隙内的液体相多为气相。
对于人造多孔材料,还可按材质组成的不同再分为以下几种类型。
1.2.1 多孔金属材料多孔金属材料在近20年里得到迅速发展,它是一种兼具功能和结构双重属性的新型工程材料。
这种轻质材料不仅保留了金属的可焊性、导电性及延展性等特性。
而巳具备吸能减振、消音降噪、电磁屏蔽、透气透水、低热导率等多孔材料的特性。
因此,其应用范围在不断扩大,这方面的研究国际材料科学界的一个前沿性热点问题。
下面根据制备方法,对多孔金属材料的主要特点作一简单介绍。
1.2.1.1粉末烧结型该类多孔材料一般由球状或不规则形状的金属粉末或合金粉末经成形与烧结而制成。
由于选用原料和工艺制度的不同,所得多孔体具有各种不同的孔率、孔径和孔径分布。
其特点为透过性能良好,孔径孔幸可调,比表面积大,耐高温和低温,以及抗热震等。
粉末烧结型多孔金属材料是发展较早的一种,况径大都小于0.3mm,孔率一般不高于30%,但也可通过特殊的工艺制成孔率大于30%的产品。
在冶金、化工等部门,为强化某些工艺,往往需要高温和高压,相应地要求有耐高温、耐高压的过滤与分离材料;在催化反应中,需要有高比表面积的催化剂材料以提供尽可能大的反应接触面;为保证航空与液压系统安全可靠地工作,需要对各种油类与工作气体进行严格的精过滤;航空与火箭的高温工作部分要求有孔隙结构均匀的耐高温与抗热震多孔材料作发散冷却的基体,等等。
一般的有机、陶瓷或玻璃等多孔体总是难以同时满足强度、塑性、高温等使用条件的要求,粉末冶金多孔金属材料在一定程度上弥补了以上各类多孔材料的不足,从而得到迅速发展。
早在1909年,国外专利就提到过粉末冶金多孔制件,到20世纪20年代末至30年代初出现了若干制取粉末冶金过滤器的专利。
第二次世界大战期间,由于军事上的目的,粉末冶金多孔材料得到迅速发展:飞机、坦克上采用粉末冶金过滤器;多孔镍用于雷达开关,多孔铁代替铜做炮弹箍;铁过滤器用于火焰喷射器等。
20世纪50年代,利用发散冷却的方法将抗氧化多孔材料用于喷气发动机的燃烧室和叶片上,以提高发动机的效率。
随着化工、冶金、原子能、航空与火箭技术的发展,后来还研制出了大批耐腐蚀、耐高温、耐高压、高透气性的粉末冶金多孔材料。
20世纪60年代出现了Hastelloy、Inconel、钛、不锈钢等抗腐蚀、耐高温的粉末烧结多孔产品和特殊用途的多孔钨、钽及难熔金属化合物等多孔材料。
到目前为止,大量生产与应用的粉末烧结多孔材料主要是青铜、不锈钢、镍及镍合金、钛、铝等。
1.2.1.2 纤维烧结型这类多孔金属材料是缘于上述应用对已有多孔体的改进。
一般说来,用金属纤维制成的多孔材料,其性能优于用金属粉末制成的多孔材料。
比如用直径与金属粉末粒度相同的金属纤维所制取的过滤材料,其渗透型要比用粉末制取的高十几倍。
此外,它还具有较高的机械强度、抗腐蚀性和热稳定性。
该类材料孔隙绿可达90%以上,全部为贯通孔,塑性和冲击韧性好,容尘量大,可用于许多过滤条件苛刻的行业,被称为“第二代多孔金属过滤材料”。
发展较早的是美国MEMTEC公司,随后,比利时、日本、中国等相继建立生产线并进行规模化生产。
图1.1显示一种由金属纤维烧结工艺制备的多孔体结构。
图1.1 一种烧结金属纤维多孔材料的微观形貌1.2.1.3 铸造型该类多孔金属材料均是由熔融金属或合金冷却凝固后形成的多孔体,随不同的铸造方式可覆盖很宽的孔隙范围并具有各种形状的孔隙,其典型代表是泡沫铝。
其产品大多数为闭孔隙和半通孔的多孔材料,但也可铸成三维连通孔隙的高孔率产品。
1.2.1.4 沉积型该类多孔金属材料是由原子液态金属在有机多孔基体内表面沉积后,去除有机体并烧结而成的,其主要特点是孔隙连通,孔隙高(均在80%以上),具有三维网状结构。
这类多孔材料是一种性能优异的新型功能结构材料,在多孔金属领域占据特别重要的地位。
从某种意义上说,它综合了低密度、高孔率、高比表面积、高孔隙连通性和均匀性等指标,这是其他任何多孔金属产品都不能达到的。
但是,它的特性也决定其强度性能会受到一定限制。
这类多孔材料在20世纪70年代就已开始批量制作与运用。
而应用的拓宽和使用的需要,促进其在20实际80年代得到迅速发展。
目前,这类材料在国内外均已实现大规模批量生产,其典型代表是泡沫镍(见图1.2)和泡沫铜。
图1.2 一种由电沉法制备的泡沫镍多孔材料1.2.1.5 复合型该类多孔材料即多孔金属复合材料。
它是将不同金属或金属与非金属复合在一起制成的同一件多孔体,例如在石墨毡上电镀一层镍制成的石墨-镍复合多孔材料;也可以是多孔金属做芯层制成叠合的金属复合多孔体,例如不锈钢纤维毡与丝网制做的复网毡。
通过复合,使产品获得了不同材料各自的优点,使材料的综合性能得以提高,能够更好的满足使用者的要求。
此外,还可以采用其他方法制备多孔金属材料,其中有的可归于以上类型,有的则自成一类。
1.2.2 多孔陶瓷材料该类材料的发展始于20世纪70年代,主相为气孔,是一种具有高温特性的多孔材料。
其孔径从纳米级到毫米级不等,孔隙范围约在20%~95%之间。
使用温度可从常温一直到1600ºC。
1.2.2.1 多孔陶瓷材料的分类一般地,可将多孔陶瓷材料分成两大类,即蜂窝陶瓷材料和泡沫陶瓷材料。
前者的孔穴形成二维系列,后者则由中空多面体(孔穴)作三维排列组成。
泡沫陶瓷材料通常还可以进一步细分为两种,即开孔(或网状))陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料,这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。
如果形成泡沫体的固体仅包含于孔棱中,则称为开孔陶瓷材料,其孔隙是相互连通的(见图1.3)。
如果存在于固体壁面,则泡沫体称为闭孔陶瓷材料,其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔(见图1.4)。
这些差别可通过比较两种泡沫体的透过性而清楚的看出。
图1.3 一种开孔Zr2(PO4)6陶瓷材料(CMZP)图1.4 一种闭孔CMZP陶瓷材料的微观结构有些泡沫陶瓷既存在部分开孔隙,也存在部分闭孔隙。
这些多孔网状结构具有相对低的质量、密度及热导率,并且具有不同的透过性能,其中开孔体的透过率较高。
通过陶瓷材料和制备工艺的适当匹配,还可使多孔陶瓷材料具有相对较高的强度、抗化学腐蚀能力,以及耐高温性能和均匀的结构。
根据孔隙尺寸的大小,可以对多孔陶瓷材料进行以下分类:孔隙直径小于2nm的为微孔材料,孔隙直径在2~5nm之间的为介孔材料,孔隙直径在50nm 以上的为宏孔材料,。
然而这种分类方式并未得到广泛采用,因为使用多孔材料的规则是多种多样的。
表1.1列出了上述孔隙尺寸的分类,须注意不要将其与常用于过滤的孔隙尺寸分类方式(表1.2)相混淆。
表1.1 多孔陶瓷的孔隙尺寸分类定义孔隙尺寸/nm微孔介孔宏孔<2 2~50 >50表1.2 过滤材料的孔隙尺寸分类定义孔隙尺寸/nm高超滤超滤微滤颗粒过滤器〈 12~100 100~5000 5000按材质的不同,多孔陶瓷主要有以下几类:1)高硅质硅酸盐材料,它主要以硬质瓷渣、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700ºC;2)铝硅酸盐材料,它以耐火粘土熟料熟矾土硅线石和合成莫来石颗粒为骨料,具有耐算性和耐弱碱性,使用温度达1000ºC;3)精陶质材料,它以多种粘土熟料颗粒与粘土混合烧结,得到微孔陶瓷材料;4)硅藻土质材料,它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)纯炭质材料,它以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料,或加入部分石墨,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的消毒和过滤等;6)刚玉和金刚砂材料,它以不同型号的电熔刚玉和炭化硅颗粒为骨料,具有耐强酸、耐高温特性,使用温度可达1600ºC;7)堇青石钛酸铝材料,其特点是热膨胀系数小,因而广泛采用于热冲击环境;8)其他,即采用工业废料、尾矿和石英玻璃或普通玻璃为原料制成的材料,视原料组成的不同而用于不同的场合。