多孔陶瓷的制备方法及形成机理

陶瓷料浆的组成
原料
Al2O3 Cr2O3
膨润土 0.1~12
高岭土 AlPO4 0.1~12 2.1~25 2~5 12~17
一般含量/ % 40~95 1~25 较好含量/ 45~55 10~17 %
0.5~2
组成原料的作用
Al2O3---基体材料，它与铜、铝熔体不 起化学反应； Cr2O3---与Al2O3配合，有很好的耐高 温性能和抗金属熔体腐蚀性能；
泡沫陶瓷必须具有适于作为栽体所具 有的高空隙体积结构，如sotfoam公司提供 的一种聚氨酯泡沫，具有独特的十二边内
连气孔晶胞结构，能提供97％的空隙体积。
陶瓷粉末必须混合成触变形料浆，即 流动时比静态时粘度较低。
这种触变形有利于泡沫纤维的适宜涂
覆，而且没有过量的排液。
陶瓷料浆组成，通常为固体粉末(％ 重量)＋10％～40％水。 为了获得更好的性能，可分别源自文库加 ＜15％的莫来石、二氧化锆、氧化镁。 一种陶瓷料浆的组成，见下表所示：
待泡沫塑料燃烧挥发后，再以较快速
度升温，高温下陶瓷物料烧结，但仍保持
了原有骨架而生成所需的泡沫陶瓷。 这样制备的多孔陶瓷，气孔率可达80 ％～90％。
(3)利用某些外加剂在高温下燃尽或 挥发而在陶瓷体中留下孔隙。 通常由颗粒堆积而形成的多孔陶瓷
的气孔率的实际范围为25％~35％，因此
在需要高气孔率的情况下，往往在配料
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。
粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结， 将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形
成孔隙。
粒状多孔陶瓷除气孔率较大外，同一般 陶瓷烧结体无大差别。
2 、 蜂窝陶瓷
蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许
多平行直线开孔，孔径1~10mm的薄壁多 孔结构。
3、泡沫陶瓷
泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的十
二面体复杂图形。 泡沫陶瓷气孔尺寸范围可从1.2孔/cm的 最大孔到39.37孔/cm的极细孔。
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
孔陶瓷。 多孔陶瓷形成过程中，传质过程是不 连续的。骨料颗粒间的连接主要有以下两 种方式：
① 依靠添加与其组分相同的微细颗
粒，利用其易于烧结的特点，在一定的温 度下，将大颗粒连接起来。
②使用一些添加剂，它们在高温下或 能生成膨胀系数和化学组分与骨料相匹
配又能与骨料相浸润的液相，或是能与
骨料间发生固相反应将骨料颗粒连接。
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。
每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连 接(见下图)，形成大量的三维贯通孔道。
骨料颗粒堆积、粘接而形成的多孔陶瓷
一般来说，利用骨料颗粒的堆积、 粘接所形成的多孔陶瓷材料中，有下面 的规律：
骨料颗粒尺寸越大，形成的平均
孔径越大； 骨料颗粒尺寸分布范围越窄，所得
到的多孔陶瓷微孔的分布就越均匀。
由于添加剂与骨料间可能发生固相
膨润土---泡沫结构材料的粘结剂，
烧结时产生玻璃相，增加流动性； 高岭土---与膨润土有相似作用；
AlPO4---是一种空气固化剂或粘结剂，
无需加热即可使陶瓷浆硬化(但最好还是 经烘干)，它与金属熔体不起化学反应。 AlPO4最好配成50％水溶液使用。
二、多孔陶瓷的形成机理
(1) 利用骨料颗粒的堆积，粘接形成多
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。
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
3.3 泡沫陶瓷的制备
1、 粒状陶瓷
一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘 土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、 烧成。
其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。
成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高 温时分解产生气体的物质(如碳酸钙)。 在烧结时成孔剂分解，逸出气体起发 泡作用，形成连通开孔。