多孔陶瓷的显微结构与性能3
多孔陶瓷的表征与性能测试技术_上_
数， 除了需假设： 圆柱形孔， 接触角为零外； 还需假设： 湿 多孔材料的气体流量与被打开孔的面积成正比 .!)/ 。因此 湿多孔材料与 “干多孔材料” 流量比 KL; 反映为被打 开 孔 面 积的百分率： （$)） L9 6 ; A EF9 6 ; !<M"NO&&&&&&&&&&& EG9 6 ; 将 L9 6 ; 对孔径微分得到孔径分布函数 P 9 6 ; ： （$#） P 9 6 ; A J9 L9 6 ; ; &&&&&&&&&&&&&&& J6 多孔材料待测样品装入样品室前，用抽真空方法或 煮沸法充分浸润多孔材料孔洞。氮气经减压缓冲后进入 多孔材料内侧，外侧经气液分离器和气泡检测器或流量 计与大气相通。 出现第一个气泡时对应着多孔材料上的最 大孔径。不断增大气体压力， 多孔材料上的孔由大到小依 次被打开， 平衡后测定湿多孔材料的气体流量。当多孔材 料上的孔全部打开时降低压力测定干多孔材料的气体流 量， 利用9 $!; "9 $#; 式分别计算湿干多孔材料流量比 L9 6 ; 和孔径分布函数 P 9 6 ; 。 !Q )Q !& 测试仪器及设备 测试孔径的实验装置如图 ) 所示，样品室如图 # 所 示。
项目编号： S8 本文受广州市科委项目资助， !55:NRN55!N5:
Z
（#4567/8&.392 ） !"#$%&’()*%+,(#’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’-./012’&.31
多孔陶瓷的制备和性能研究
多孔陶瓷的制备和性能研究陈艳林1 严海标1 冯晋阳2(1湖北工业大学 武汉 430068) (2武汉理工大学硅酸盐实验中心 430070)摘 要 选用普通陶瓷原料粉为主要原料,适当添加造孔剂(有机细粉碳黑)和高温活性剂,制备出一种性能优良的多孔陶瓷。
通过扫描电镜及性能测试分析,探讨了多孔陶瓷的微观结构及性能的影响因数。
关键词 多孔陶瓷 气孔率 微观结构 前言多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也可称为气孔功能陶瓷,其具有密度低、气孔率高、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长等优点,能在较大温度范围内正常使用,适用于饮料、酿酒、医药、食用油、污水处理、石油化工、催化剂载体,以及环保等领域的各种超精密和无菌过滤。
实际上,人们在很早以前就已经开始使用多孔陶瓷材料了。
比如,人们使用活性碳吸附水分、吸附有毒气体,用硅胶做干燥剂,利用泡沫陶瓷做隔热耐火材料。
在热工上利用其多孔、耐热、耐腐蚀等性能,用作隔热材料;在化工中用作催化载体、过滤及分离装置等。
多孔陶瓷成本低廉,制造工艺简单且性能优良,具有广阔的发展空间。
根据使用目的和对材料性能的要求,人们已经成功地开发出多种制造多孔陶瓷的生产工艺,如机械挤出成孔、添加造孔剂、发泡、有机泡沫体浸渍、溶胶-凝胶工艺等。
如果多孔陶瓷要具备匹配的其他性能,尤其是骨架性能,则还需从这种综合陶瓷材料的制备考虑。
笔者利用普通陶瓷原料粉为主要原料,适当添加有机造孔剂和高温粘结剂,用普通烧结方法制备出气孔率大、气孔分布均匀、抗压强度大的多孔陶瓷。
1 实验1.1 实验原料本次实验的原料来源见表1。
表1 实验的原料来源原料名称生产厂家石英(S iO2)湖北蕲春县大同石英砂厂碳酸钙(化学纯)天津博迪化工有限公司碳酸镁(化学纯)天津博迪化工有限公司玻璃粉天津博迪化工有限公司粘 土武汉市信河化工有限公司碳 粉武汉市信河化工有限公司1.2 实验配方及工艺流程在大量实验的基础上优选出石英基多孔陶瓷坯料的配方:石英70%,玻璃粉15%,碳酸钙5%,碳酸镁5%,粘土5%,造孔剂分别选用5%、10%、15%、20%做4组实验。
陶瓷工艺学显微结构与性质.pptx
五、机械强度
提高釉面强度的有效方法是使釉面承受压应力，釉面承 受压应力的能力是其承受张应力能力的数十倍。
通常用下述两种方法使釉面承受压应力： 一是通过调整釉料组成，烧成后让釉面的热膨胀系数比 坯体的小，冷却时坯体收缩大于釉面收缩，釉面承受 压应力。 二是釉烧至成熟温度后，迅速冷却，结果是釉表层首先 冷却凝固，而内部还是塑性状态，内外存在温差，外 部收缩小，内部收缩大，形成釉面表层处于压应力， 内层处于张应力。
❖ 一般情况下，瓷坯中的残留石英的量会多于方石英的 量，因石英的热膨胀系数与玻璃体的热膨胀系数相差 较大，冷却时会在瓷坯中形成应力，对瓷坯的强度造 成影响。合理的石英颗粒能大大提高瓷坯的强度，同 时石英能使瓷坯的透光度和白度得到改善。
第4页/共20页
4、气孔 ❖ 气孔在瓷坯中的多少、大小、形状、分布、位置对
多孔性陶瓷吸湿膨胀的原因是气孔吸收水分，吸收水分 与构成气孔壁的物质形成水和吸附而使胎体膨胀。
改善措施：1）烧成温度的提高将降低气孔率，从而减弱 吸湿膨胀性；2）减少碱金属氧化物含量，引入碱土金属 氧化物，如加入石灰石、白云石或滑石等原料，可以提 高玻璃相的化学稳定性，减小吸湿膨胀性。3）引入氧化 铝粉，对降低吸湿膨胀也有效。
第14页/共20页
六、表面硬度 陶瓷表面硬度是指瓷胎表面或釉面抵抗外来压缩、摩
擦与刻划作用的能力。它是材料的一种重要力学性能。 陶瓷表面硬度测定的方法有莫氏硬度法、维氏显微硬
度法、流砂法以及玛尔登划痕法等四种。 前两种属静载压痕法，是目前陶瓷常用方法。它们都
是将一硬的物体在静载下压入被测物体表面，表面被 压入一凹面，以凹面单位面积上的荷载表示被测物体 硬度或者以凹面单位对角线长度的负荷表示被测物体 硬度。
多孔陶瓷的表征与性能测试技术_下_
上， 测试在不同的温度下样本的抗弯强度。 一般陶瓷材料的抗热震性能材料有高温急冷而不开 裂的性能。可通过测试样品置于某恒定温度下的炉中保 温 @N， 立即取出浸入室温下的水中， 反复测试直至样品出 现微裂纹为止。对于不方便判断微裂纹的多孔陶瓷， 也可 以测试热震后样品的抗弯强度的变化来表征材料的抗热 震性能。
（ 5! ）
测试设备为厂家专门生产的动态机械分析仪。如 型 仪器包括 ： 分析器、 B;8C./2 &?<;82 D+8EA 生产的 FGHI; 程序控制升温的电炉、 计算机以及测量系统， 其中测量系 统包括： 给样品施加正弦力的马达、 测量样品应变的位移 传感器（ ） JKFL M 参见图 I 。
!!F） =-CD!2 （ E
式中：
（ !( ）
— — 流体的流速（ 在标准温度、 标准压力下） C7 — — — 测试样品的厚度 D7 — — — 流体的粘度 ! —
2
样品室如图 < 所示。
!"#$%&’()*%+,(#’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’-./012’&.34 （ #5678/9&.3:; ）
2222222222222
式中：
-R , !-（ DS - @ 6 O@T Q2222222222222 C&!
（ 55）
V22 其他性能
不同的多孔材料用于不同的场合时要求具有不同的
— — 马达所施加的正弦力 PE,. /$72 — — — 震动系统的质量 G2—
V
!"#$%&’()*%+,(#’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’-./012’&.34 （ #5678/9&.3:; ）
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。
陶瓷的显微结构及性能课件
生物陶瓷 生物陶瓷具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在生物医疗 领域有广泛应用，如人工关节、牙齿等。
环保与可持续发展
1 2 3
降低能耗 陶瓷产业是高能耗产业，通过技术进步和产业升 级，降低陶瓷产业的能耗，有利于环境保护和可 持续发展。
陶瓷在医疗领域中用于制造人工关节、牙 科材料等，如人工关节置换材料、牙齿修 复材料等。
CHAPTER 02
陶瓷的显微结构
陶瓷的晶体结构
01
02
03
晶体结构定义
陶瓷的晶体结构是指陶瓷 内部质点的排列方式，包 括原子、分子的位置和排 列顺序。
晶体结构的分类
根据原子排列的规律性， 陶瓷的晶体结构可分为晶 体和玻璃相两大类。
原料处理
对原料进行破碎、混合、干燥等处 理，以保证其均匀性和稳定性。
成型工 艺
塑性成型
利用黏土的可塑性，通过压滤、 挤压、注浆等工艺成型。
干压成型
将粉末状原料在模具中加压成型， 适用于形状复杂的陶瓷部件。
热压成型
在加热条件下加压成型，适用于 热塑性陶瓷材料。
烧成工艺
烧成温度
控制烧成温度，以实现陶瓷的完全烧结和性能优化。
晶体结构的稳定性
晶体结构的稳定性决定了 陶瓷的力学性能、热学性 能和化学稳定性等。
陶瓷的显微组织
显微组织的定义
陶瓷的显微组织是指陶瓷中晶粒的大 小、形状、分布和晶界特征等。
显微组织与性能关系
陶瓷的显微组织对其力学性能、热学 性能、电学性能和磁学性能等均有影 响。
显微组织的影响因素
多孔陶瓷的制备及性能分析
第一章综述1.1 多孔陶瓷的概述多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。
多孔陶瓷的种类繁多，几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。
根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。
根据所选材质不同，可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。
多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05～600µm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。
多孔陶瓷的优良性能，使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。
如利用多孔陶瓷比表面积高的特性，可制成各种多孔电极、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，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。
因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。
1.2 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。
多孔陶瓷材料的制备及性能研究
多孔陶瓷材料的制备及性能研究罗钊明 王 慧 刘平安 曾令可(华南理工大学材料学院 广州 510640)摘 要 从分析网状结构多孔陶瓷材料的孔隙成形机理着手,描述了高孔隙网状结构陶瓷材料的制备工艺,包括高孔隙纤维网状结构陶瓷材料的制备,并分析了多孔陶瓷的力学性能及渗透性能。
关键词 多孔陶瓷 孔隙 制备工艺 力学性能 渗透性多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔洞,孔隙率较高、体积密度小,还具有发达的比表面及其独特的物理表面特性,对液体和气体介质有选择的透过性,能量吸收或阻尼特性,加之陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性,使多孔陶瓷这一绿色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、高级保温材料、生物植入材料,特种墙体材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用[1]。
孔隙率作为多孔陶瓷材料的一个主要技术指标,其对材料性能有较大的影响。
一般来讲,高孔隙率的多孔陶瓷材料具有更好的隔热性能和过滤性能,因而其应用更加广泛。
1 多孔陶瓷的孔隙研究由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因素,因此在目前比较成熟的多孔陶瓷制备方法的基础上,更加注重通过特殊方法控制孔隙的大小、形态,以提高材料性能,并相应地建立孔形成、长大模型,对孔隙形成的机理进行理论分析。
1.1 多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷就微孔结构形式可分为:闭气孔结构和开口气孔结构[2]。
闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔分布在连续的陶瓷基体中,孔与孔之间相互分离,而开口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口,另一边闭口形成不连通气孔两种。
多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等。
一般采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口气孔的多孔陶瓷制品,而采用可燃物或分解物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔,采用机械发泡法形成的气孔基本上都是闭口气孔。
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(1)
n = 6 (1 -
2 ) (三维) f
(2)
n 与 f 取决于泡沫材料的制备方法 ,同时也依赖于其孔穴
的成形力 。根据 Aboav2Weaire 定律 :
m
=5+
6 n
(二维)
(3)
g
=
13
+
14 f
(三维)
(4)
式中 : m 为其相邻 n 个孔穴的平均棱数 , f 为一个孔穴的面数 ,
面积 ; V ( f ) 、V ( f ) 分别为具有 f 个面和平均面数 f 的多面体
孔穴的体积 。
棱边数多于平均值的孔穴一般都被棱边数少于平均值的
相邻孔穴所包围 。孔穴的形状受到材料须承受载荷的影响 ,力 的方向决定了孔穴的取向和孔穴格局 ,即力学效应是孔穴结构 形成的作用因素 。蜂窝多孔陶瓷和泡沫多孔陶瓷的性能主要
多孔陶瓷已经成为各经济发达国家新材料研究的重点 ,在 环境保护 、化学化工等领域已成为重要的研究方向[9 - 11] 。特别 是汽车尾气处理 、水净化等方面 ,多孔陶瓷的低流阻 、高透过性 可用于工业水处理 、废气处理装置 ,具有明显的技术 、经济 、环保 意义[12 - 14] 。另外 ,轻质多孔陶瓷具有声阻尼特性 ,可用作吸声 、 隔声材料 。这种材料与有机高分子泡沫材料相比 ,具有耐高温 、 不燃烧 、无毒性 、安全性和耐久性好等无法替代的优点[15] 。多 孔陶瓷的有效使用需要对其显微结构作详细了解和深入研究 , 通过研究多孔陶瓷的微观组织和结构 ,可为其提供充分的理论 依据 。
国外已报道了一种采用微机控制的数字图像系统 ,即通过对网 眼多孔陶瓷的图像进行傅立叶变换来定量表征网眼多孔陶瓷
结构[20 ] 。
2 多孔陶瓷的性能
2. 1 多孔陶瓷的力学性能
多孔陶瓷的性能取决于两组独立的参数 。第一组是描述 几何体结构的孔穴的大小和形状 、物质在孔棱和孔面之间的分 配方式以及其相对密度和孔率 ;第二组是描述孔壁构成材料的 内在性质的参数 。分析多孔陶瓷的显微结构 ,并与其力学行为 结合起来 ,有利于预测材料性能 ,也有利于发现其形变过程 。研 究方法之一就是建立单一孔穴模型 。Gibson 等将复杂的泡沫 多孔结构简化成如图 1 所示的结构形式 。通过简化的几何结 构 ,可推导出相关的力学表达式 ,如表 1 。
关键词 多孔陶瓷 显微结构 性能 应用 中图分类号 : TQ 165 文献标识码 :A
Micro st ruct ure and Properties of Po ro us Ceramics
C HU Yajie1 , WU Shenqing2
(1 Depart ment of Material Engineering , Nanjing Instit ute of Technology , Nanjing 211167 ;2 Depart ment of Material Science and Engineering , Sout h East U niversity , Nanjing 211189)
Abstract The t hesis summarizes t he micro st ruct ure and p roperties of poro us ceramics. All p roperties of po rous ceramics such as mechanical , t hermal , and elect rical p roperties rely on t he dist ribution met hods of solid on pore wall and edge. The micro2st ruct ure of porous ceramics influences t he p hysical and chemical p roperties of poro us ceramics and t hus f urt her impact s o n it s application. By st udying t he micro2st ruct ure of po rous ceramics , t he manufact uring technol2 ogy and st ruct ure parameter can be enhanced and optimized. Therefore , poro us ceramics can be applied more efficiently in many fields such as chemical enginneering , energy and enviro nmental p rotectio n.
研究表明[21 - 23] ,对于任何脆性固体 ,在拉伸时的断裂场都
是由主要的缺陷控制 。这种缺陷的扩展方式可由断裂机制的方
法进行计算 ,剔除显微缺陷如气孔 、裂纹和夹杂物等可使孔筋强
度明显提高 ,增加相对密度也可提高压缩 、拉伸时的弹性模量 ,
脆性断裂应力等 。
2. 2 多孔陶瓷的热性能
在所有传统的非真空隔热体中 ,闭孔陶瓷材料的热导率是
多孔陶瓷的显微结构与性能/ 初雅杰等
·47 ·
多孔陶瓷的显微结构与性能 3
初雅杰1 , 吴申庆2
(1 南京工程学院材料工程学院 ,南京 211167 ;2 东南大学材料科学与工程学院 ,南京 211189)
摘要 综述了多孔陶瓷的显微结构及其性能 。多孔陶瓷的力学性能 、热性能和电性能等均依赖于固体在孔壁 和孔棱的分布方式 ,其微观组织结构直接影响着多孔陶瓷的物理及化学性能 ,进而影响到它的应用场合 。通过研究 多孔陶瓷的显微结构 ,可以改善其制造工艺 、优化结构参数 ,使其更好地在化工 、能源 、环保等多个领域得到广泛应 用。
= 4βσT3 t exp ( -
ρ es ρs t)
(12)
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
最低的 。大多数泡沫多孔陶瓷材料的热膨胀系数与制备它们所
用的固体材料近似相等 ,但泡沫体的模量更小 ,温度梯度产生的
热应力也要小得多 ,这使其具有良好的抗热震性[24 - 26] 。这一点
为陶瓷泡沫材料所利用 ,可作为热屏蔽材料和烧蚀涂层 ,泡沫材
料的热导率 :
λ3 = λs3 +λg3 +λc3 +λr3
G3 Es
=
C2
ρ3 (ρs
)
2
G3
=
C2Φ2
ρ3 (ρs
)
2
+
C‘2 (1
-
Φ)
ρ3 ρs
σ3 σs
=
C4
ρ3 (ρs
)
3/
2
σ3 σs
=
C4 (Φρρ3s ) 3/ 2
+
C‘4 (1
-
Φ)
ρ3 ρs
注 : C1 、C2 和 C3 为常数
图 1 泡沫多孔陶瓷的理想孔模型
Fig. 1 Unit mode of ideal pore structure of pore ceramic
(10)
式中 :λs3 、λg3 分别为固体和气体的传导 ,λc3 为孔穴内的对流 ,
λr3 为孔壁和孔隙的辐射 。固体部分对热传导的影响与其相对
密度有关 ,如式 (11) :
λs3
=
λsolid
ρ (ρs )
e
(11)
式中 :λsolid为固体材料的热导率 , e 为效率因子 。
λr3
我们能对其结构进行量化分析 ,推演联系相对密度与孔壁
3 南京工程学院资助项目 ( KXJ 07031) 初雅杰 :男 ,1979 年生 ,博士研究生 ,主要从事材料加工 、制备和性能研究 Tel :025286118278 E2mail :chuyajie @njit . edu. cn
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
Key words poro us ceramics , micro st ruct ure , p roperties , application
0 前言
近年来多孔陶瓷的研制受到国内外的高度重视 。多孔陶 瓷是一种含有较多孔隙的无机功能材料 ,是根据材料中孔隙的 大小 、形状 、数量以及分布等参数 ,结合材料本身的性质 ,以达到 所需热 、电 、磁 、光等物理及化学性能的功能材料[1 - 3] 。多孔陶 瓷具有高比表面积 、低热导率 、能量吸收性好 、渗透性优等诸多 优异特性[4 - 6] ,在过滤 、分离 、分散 、渗透 、隔热 、换热 、吸声 、载 体 、反应 、传感及生物等众多领域有着广泛的应用[7 ,8] 。
1 多孔陶瓷的结构
多孔陶瓷的结构就是表征其尺寸 、形状和拓扑结构的特
性 ,即其孔壁 、孔隙空间的联系及其分属的几何类型[16] 。多孔 陶瓷是一种由孔穴棱边和壁面所构成的相互联结的网络体 。大 致分为两种结构 :蜂窝多孔陶瓷和泡沫多孔陶瓷 。泡沫多孔陶 瓷分为开孔陶瓷材料和闭孔陶瓷材料 。如果其组成仅仅是孔穴 的棱边 ,则称该陶瓷材料为开孔陶瓷材料 ;如果其组成是壁面 , 以至于每个孔穴都与其相邻的孔穴相互封闭隔离 ,则称该陶瓷 材料为闭孔陶瓷材料 。但实际情况 ,许多泡沫多孔陶瓷材料都 含有一部分开孔和一部分闭孔 。
g 为其相邻孔穴的平均面数 。
Lewis 发现孔穴的表面积随其棱边数而呈线性变化 :
A ( n) A ( n)
=
nn-
n0 n0
(二维)
(5)