泡沫陶瓷的制备及泡沫体形成机制研究
泡沫陶瓷的制备工艺及研究进展
泡沫陶瓷的制备工艺及研究进展宋维东/文【摘要】泡沫陶瓷作为一种新型的陶瓷材料，具有气孔率高、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等一系列优异的性能，本文介绍了泡沫陶瓷的制备方法，并指出了这些方法的优点和不足，最后列举了泡沫陶瓷在催化剂载体、过滤器、吸声材料、吸声材料、隔热材料、生物材料等方面的应用。
【关键词】泡沫陶瓷；制备工艺；应用泡沫陶瓷是一种无机非金属材料，是以陶瓷原矿、页岩、陶瓷工业废渣、粉煤灰、煤矸石、大理石尾矿、炉渣等等无机材料作为主要原料，掺加一定比例的发泡剂、助溶剂等物质，经混合、制粉、填料工艺，再经高温焙烧而成的高气孔率的陶瓷材料[1]。
泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点，被广泛应用于隔热隔音材料、工业污水处理、汽车尾气处理、电工电子领域、医用材料领域以及生物化学领域。
1.泡沫陶瓷的性能1.1气孔率泡沫陶瓷的气孔率为70%～90%，对多孔陶瓷来说，这是最高的。
蜂窝陶瓷的气孔率约为60%，陶瓷颗粒烧结体的气孔率约为30%～50%。
1.2抗弯强度泡沫陶瓷的强度主要依赖于陶瓷材质和网络骨架的粗细。
骨架的粗细可以用泡沫陶瓷的体积密度来表示。
若使骨架变粗可以提高体积密度，增加制品的机械强度。
但提高得过多，气孔孔隙会被料浆堵塞，压力损失变大。
1.3热震稳定性和网眼孔径当泡沫陶瓷作为熔融金属的过滤材料时，由于其使用于温度骤变的场合，必须具有良好的抗热震稳定性。
另外，由于金属熔体的粘度、密度及流动性不同，应选择不同大小的滤板网眼孔径。
泡沫陶瓷的网眼孔径一般可控制在0.3～3mm范围内，通常分为粗、中、细孔三个等级[2]。
按孔隙之间关系分，泡沫陶瓷可分为闭口气孔和开口气孔，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仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔，因此也决定其使用场所不同。
泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究
泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究一、本文概述随着科学技术的不断发展和进步，新型陶瓷材料的研究与应用逐渐成为材料科学领域的研究热点。
其中，泡沫碳化硅陶瓷作为一种轻质、高强、耐高温的新型陶瓷材料，凭借其独特的物理和化学性能，在航空航天、能源、环保等领域展现出广阔的应用前景。
本文旨在深入探讨泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，研究其性能特点，为进一步优化制备工艺、提升材料性能以及推动其在实际应用中的广泛使用提供理论支撑和实践指导。
本文首先概述了泡沫碳化硅陶瓷的基本性质和研究背景，阐述了其在不同领域中的应用价值。
随后，详细介绍了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺，包括原料选择、配方设计、成型方法、烧结工艺等关键步骤，并分析了各工艺参数对材料性能的影响。
在此基础上，本文重点研究了泡沫碳化硅陶瓷的物理性能、化学性能以及力学性能，如密度、孔隙率、热稳定性、抗腐蚀性等，并通过实验数据分析了其性能特点与制备工艺之间的关联。
本文总结了泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺与性能研究成果，指出了当前研究中存在的问题和不足，并对未来的研究方向和应用前景进行了展望。
通过本文的研究，旨在推动泡沫碳化硅陶瓷制备工艺的进一步优化，提升材料性能，拓展其应用领域，为新型陶瓷材料的发展做出积极贡献。
二、泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺泡沫碳化硅陶瓷的制备工艺主要包括原料选择、配方设计、泡沫前驱体的制备、碳化硅化过程以及后处理几个关键步骤。
原料选择是制备泡沫碳化硅陶瓷的第一步，其主要原料包括硅源、碳源、造孔剂以及可能的添加剂。
硅源一般选择硅粉、硅溶胶或硅烷等，碳源则可以选择石墨、炭黑、有机聚合物等。
造孔剂的选择对于泡沫结构的形成至关重要，常用的有无机盐类、高分子聚合物等。
根据需求，还可以添加一些助剂，如分散剂、催化剂等。
配方设计则需要根据所需的碳化硅陶瓷性能，合理搭配各原料的比例。
通过调整硅碳比、造孔剂含量等参数，可以控制泡沫碳化硅陶瓷的密度、孔径、孔结构以及机械性能等。
泡沫前驱体的制备是制备泡沫碳化硅陶瓷的关键步骤。
从“泡泡”悟出的陶瓷发泡机理
从“泡泡”悟出的陶瓷发泡机理1 从吹泡泡说起泡泡水是什么东西？其实就如我们的陶瓷配方，水是主要成份，亦如玻璃相，但是光有水是吹不出泡泡的，做发泡陶瓷亦如此，光有玻璃液相，亦或玻璃液相粘度太低，也是生产不出发泡陶瓷的。
儿时玩的泡泡水就是肥皂水，将大人扔掉的肥皂渣捡起来，用热水溶解，稀释后，就可以吹出泡泡，太多水稀释，就吹弹可破，甚至一吹就破。
也许是皮不够皮实，膜不够韧性，所以形不成泡泡或者形不成稳定的泡泡。
配泡泡水所用原料如下：注：表面活性剂体积百分比大约10%左右，水体积百分比大约85%，稳定剂体积百分比大约5%，其他外加质量1%左右。
分别将肥皂水和纯净水倒入洗干净的两个一模一样中，在快满时逐滴逐滴地加，发现，纯净水表面能凸起的部分比泡泡水高，也就是说肥皂水的表面张力小于纯净水。
同时发现，同样稳定剂，表面活性剂，不加食盐、食盐、食醋的成熟配方中，茶叶水效果最好，纯净水一般，自来水效果最差;加入微量胶水、白糖和可溶淀粉效果较好，其中白糖优于胶水，胶水优于可溶淀粉;加入微量食堿有促进作用，同时加入食碱和食醋，且保证微碱性，效果更好，加入食盐几乎不起作用。
我们还发现，用直径3mm吸管，很容易吹出泡泡，用直径5mm吸管，能吹出泡泡，用直径10mm 吸管，吹出就比较难了;用吸管吹一个泡泡，它是球形的，刺破它，泡泡水会四溅，若吹了一半就放开管口，泡泡又会自己变小。
2 泡泡科学初探对以上发现进行剖析，泡泡水中由于加入诸如肥皂之类的表面活性剂，使之发生了重大变化。
以肥皂泡为例，泡泡水中的肥皂的主要成分是表面活性剂（——硬脂酸钠（C17H35COONa）），在水溶液中分解出Na+和C17H35COO-。
其中C17H35是疏水亲油的碳氢尾，COO-是亲水的羧基头。
也就是说硬脂酸钠（C17H35COONa），它作为一种表面活性物质，拥有亲水基、憎水基和Na+离子，能改变水的表面性能，可以改善物质吸附力。
由于肥皂的亲水基和憎水基作用，使得肥皂水与空气之间形成三层膜的气液界面，肥皂泡形成五层膜，两层气液界面。
溶胶凝胶法制备泡沫陶瓷
溶胶凝胶法制备泡沫陶瓷溶胶凝胶法制备泡沫陶瓷，听起来是不是有点高深莫测？别看名字复杂，真要说起来，它就是一种通过“溶胶”和“凝胶”这两种状态，把陶瓷材料做得又轻又有泡泡的技术。
咋说呢，泡沫陶瓷就是那种看起来像海绵一样，里头有很多小小气孔的陶瓷材料。
你可以想象一下，泡沫陶瓷就像是一块超级轻的“陶瓷海绵”，不但能承受高温，还能吸音、隔热，甚至有一定的抗压能力。
反正，如果拿它做隔热材料，那真是又实用又环保，简直是科技界的“黑马”。
说到这个溶胶凝胶法，大家首先要知道，它其实就是一个化学过程。
我们拿一些无机盐溶解成溶液（叫溶胶），然后通过一系列处理把这些溶胶变成固体（叫凝胶）。
在这个过程中，溶液里的分子慢慢聚集，像下棋一样，一颗颗小分子通过化学反应搭建成一个网络。
你可以把它理解为在做一个大拼图，拼图块越多，最后拼成的陶瓷“海绵”就越坚固。
嘿，听起来是不是很有意思？不过，这个拼图游戏可不是那么简单的，还得有合适的时间、温度和浓度才能搞定。
这个方法最大的亮点就是它能在很低的温度下就把陶瓷做出来，不像传统的陶瓷制作那样需要在高温下烧制。
你可能会想，低温怎么能做出坚硬的陶瓷？嘿，低温是低温，但这个过程里有化学反应在“默默”进行呢。
通过调整溶胶的组成和条件，我们就能让这些小分子在相对较低的温度下聚合成牢固的网络结构，最后形成我们所需要的泡沫陶瓷。
这个溶胶凝胶法的优点可多了去了！它能精确控制陶瓷的微观结构。
就是说，你可以决定泡沫陶瓷的孔隙大小，密度啥的，这就像做菜一样，你可以根据口味来加料、调整火候，结果自然也是符合你的预期。
这个方法还能用来生产一些非常特殊的陶瓷材料，比如防火、隔音、隔热这些特性，简直是各种高要求的“神兵利器”。
你要是让它用于工业上，别提多省事了，反正这东西轻巧又高效，做起事来可真是帮了大忙。
你可能还会好奇，这泡沫陶瓷这么多好处，它是怎么被做出来的呢？简单来说，首先我们得准备一个合适的溶液，里面有一些有机物或者无机盐。
一种发泡陶瓷及其制备方法
一种发泡陶瓷及其制备方法发泡陶瓷是一种轻质多孔陶瓷材料，具有优异的隔热性能和耐高温性能，广泛应用于建筑材料、汽车制造、航天航空等领域。
本文将介绍一种常见的发泡陶瓷及其制备方法，以及其在工业领域的应用。
发泡陶瓷的制备方法主要包括发泡剂添加法、聚合物发泡法和泡沫燃烧法。
发泡剂添加法是最常见的一种方法，其工艺流程包括原料筛选、混合、成型、干燥、烧结和发泡等步骤。
以下将详细介绍发泡陶瓷的制备工艺及其应用。
原料筛选是发泡陶瓷制备的第一步。
通常选用的原料包括矿物粉末、粘结剂和发泡剂。
矿物粉末通常为氧化铝、硅酸盐等陶瓷材料的粉末，粘结剂通常选用有机物、无机物等，发泡剂选用常见的气泡剂或者化学发泡剂。
然后，将原料进行混合。
将预先筛选好的原料按照一定比例放入搅拌机中进行混合。
在混合的过程中，需要严格控制原料的比例和搅拌时间，以获得均匀的混合效果。
接下来是成型工艺。
将混合均匀的原料放入模具中，经压制成型。
成型工艺可采用干压成型、注射成型或者挤压成型等方法，根据不同的原料和产品要求选择合适的成型工艺。
随后是干燥工艺。
将成型好的陶瓷坯体进行干燥处理。
干燥的目的是将陶瓷坯体中的水分蒸发掉，提高陶瓷的成型强度。
然后是烧结工艺。
将经过干燥处理的陶瓷坯体进行高温烧结。
烧结是将陶瓷坯体中的粘结剂烧结为玻璃相，形成致密的结构。
烧结温度一般在1200-1600摄氏度之间，烧结时间根据不同的原料和产品要求而定。
最后是发泡工艺。
经过烧结的陶瓷坯体，再经过高温处理，使得发泡剂在内部膨胀，形成孔洞结构，从而获得发泡陶瓷制品。
发泡温度和时间的控制是关键，需要根据不同的原料和产品要求进行合理调控。
发泡陶瓷具有质轻、高孔隙率、隔热性好、耐高温、良好的耐火性能等特点，广泛应用于建筑材料、汽车制造、航天航空等领域。
在建筑材料领域，发泡陶瓷可应用于隔热保温材料、隔音材料等方面，提高建筑物的能效。
在汽车制造领域，发泡陶瓷可应用于汽车排气系统、发动机隔热材料等方面，提高汽车性能。
泡沫陶瓷的制备方法及研究进展
泡沫陶瓷的制备方法及研究进展宁静（青岛博梵拓达新材料有限公司，青岛266019）摘要本文综述了泡沫陶瓷材料的制备工艺及其研究进展，并着重叙述了目前规模化生产泡沫陶瓷最为广泛采用的有机泡沫浸渍工艺。
关键词：泡沫陶瓷，有机泡沫浸渍法，浆料，工艺Preparation Technology and Research on Development of Ceramic FoamNing Jing(Qingdao Boffin-Toda Advanced Ceramics Co., Ltd., Qingdao 266019)Abstract This article reviews preparation technology and research on development of ceramic foam,with emphasis on the polymeric sponge replication method which has been widely used in large-scale production.Key words Ceramic Foams;Polymeric Sponge Replication Method;Slurry; Preparation Technology作者简介：宁静，男，1984,06，汉，主要负责泡沫陶瓷材料的研发、生产及工艺控制。
前言泡沫陶瓷被广泛应用在冶金、环保、化工等行业，如熔融金属过滤器、催化剂载体等，这些应用是因为它具有独特的三维网状结构并且存在许多气孔，这些互相贯通的气孔使得这类陶瓷容重低、导热慢并且比表面积相对较大，同时在高温下保持化学稳定性。
近年来，国家对环境保护极其重视，相关环保法律、法规日趋严格，泡沫陶瓷在该领域的应用再次得到关注。
最早在20世纪70年代，用于铝合金过滤和铁及其合金的泡沫陶瓷先后成功的被美国联合铝业公司（Consolidated Aluminum）的Mollard FR和Davison N研制出来[1,2]。
泡沫陶瓷的制备
泡沫陶瓷的制备1、文献综述1.1泡沫陶瓷的研究现状中国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作，近20年来，先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究，并取得了一定的成绩。
1985年，哈尔滨工业大学成功研制出用于铸铁、不锈钢过滤的泡沫陶瓷过滤器，填补了我过的空白。
山东工业陶瓷研究设计院是国内研究、开发泡沫陶瓷较早的单位，目前开发的产品品种、质量以及生产能力居国内前列，并制定了《泡沫陶瓷过滤板》建材行业标准。
泡沫陶瓷是一种孔隙率高达70～90%，具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔新型非金属多孔材料。
碳化硅陶瓷具有优良的综合性能和广泛的应用前景，是制备泡沫陶瓷的首选材料之一。
碳化硅材料是共价键极强的化合物，具有良好的高温性能、蠕变性能、耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、抗热震性，与氧化物陶瓷相比，它有好的热导率和抗热震性。
采用碳化硅制备泡沫陶瓷，可使SiC泡沫陶瓷具有优良的耐高温、耐磨损和抗腐蚀等性能，可应用于航空、电子、医用材料及生物化学等领域。
目前我国用于有色金属熔体即铝铜合金熔体过滤的泡沫陶瓷过滤板，其产品质量可与国外媲美，但是目前还未形成生产规模，尚处于开发阶段。
为了得到性能优异的泡沫陶瓷，制备工艺在不断的改进，最为可行的是有机泡沫浸渍法。
上海硅酸盐研究所用有机泡沫浸渍法来制备SiC泡沫陶瓷，收到了良好的效果。
到了20世纪70年代，一些发达国家在此种材料上的开发和使用上得到了长足的发展。
1963年发明了制造高气孔率多孔陶瓷的有机浸渍法，使多孔陶瓷的制备又迈上了一个新的起点。
从此，欧美国家就积极开展该工艺的研究，并研制出可过滤大多数有色金属和合金铸件的多种材质的泡沫陶瓷过滤器，这些国家已有先进的成型、烧成设备和完善的生产工艺制度，可实现大规模连续化生产。
2、实验2.1实验原料与设备2.1.1化学仪器烧杯、玻璃棒、量筒、电子天平、干燥箱、高温电炉、研钵、水浴坩埚2.1.2试验药品及材料前驱体(如聚氨基甲酸乙酯)、工业氧化铝、高岭土、滑石粉、氢氧化钠以及制备浆料所需材料等。
泡沫陶瓷的制备方法及研究进展
泡沫陶瓷的制备方法及研究进展泡沫陶瓷是一种具有多孔结构的材料，其具有轻质、高强度、隔热、隔声、防火等优点，因此在航空航天、能源、环境、建筑等领域有广泛的应用。
本文将介绍泡沫陶瓷的制备方法及研究进展。
泡沫陶瓷的制备方法主要包括发泡方法和结构养护两个步骤。
发泡方法一般有两种，即物理方法和化学方法。
物理方法主要是通过机械或物理力对粉末状陶瓷材料进行挤压、拉伸或剪切，使其产生气候，形成泡沫状结构。
化学方法则是通过添加发泡剂或改变化学反应条件，使材料中的其中一种物质产生气体，使体系充入气体，形成泡沫。
结构养护是将发泡得到的材料进行控制的加热过程，使其形成稳定的多孔结构。
目前，泡沫陶瓷的研究进展主要集中在以下几个方面：1.材料的选择和改性：泡沫陶瓷的制备材料多样，常见的有氧化铝、碳化硅、氮化硅等。
随着技术的发展，还出现了更多具有特殊功能的泡沫陶瓷材料，如磁性泡沫陶瓷、多孔金属泡沫陶瓷等。
此外，通过添加适量的陶瓷添加剂或改性剂，可以改善泡沫陶瓷的性能。
2.结构优化：泡沫陶瓷的性能与其孔结构有着密切的关系，因此对泡沫陶瓷的孔结构进行优化是当前的研究热点。
通过调节发泡过程中的参数，如发泡剂浓度、发泡剂种类、发泡温度等，可以控制泡沫陶瓷的孔隙度、孔径分布等。
3.工艺改进：为了提高泡沫陶瓷的制备效率和成品率，研究人员提出了许多新的制备工艺。
例如，被广泛应用于铝基泡沫陶瓷中的蜂窝状模板法，通过制作蜂窝状模板，在其上涂覆陶瓷浆料，然后进行充填和烧结，最终得到泡沫陶瓷。
4.功能化研究：为了满足不同领域对泡沫陶瓷的需求，研究人员还对泡沫陶瓷进行了功能化研究。
例如，将泡沫陶瓷与其他材料的复合，以提高其力学性能；通过沉积或浸渍等方法，将金属或金属氧化物负载在泡沫陶瓷表面，增加其催化活性。
综上所述，泡沫陶瓷作为一种具有广泛应用前景的材料，其制备方法和研究进展已经取得了许多成果。
未来的发展方向包括材料的选择与改性、结构优化、工艺改进以及功能化研究等方面。
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《陶瓷学报）２００８年第４期
（８）在烘箱中５０℃一９０℃慢慢地烘干，然后以０．５℃／ｍｉｎ的速度升温至２５０℃，再以３。
Ｃ／ｒａｉｎ的速度升温到１２５００Ｃ，保温３ｈ，随炉冷却到室温。
２．２泡沫陶瓷结构与性能检测
泡沫陶瓷的制备和检测过程中的环境温度为１８—２５℃，湿度３０％一７０％。
用Ｓ－３４００扫描电镜观察所制备涂层的形貌。
３结果与讨论
３．１泡沫陶瓷的膨胀及其体积的变化
图ｌ为不同温度下泡沫陶瓷膨胀的体积与发泡时间的关系曲线。
泡沫体演变过程大致可分为３个阶段：（１）发泡初期，泡沫陶瓷体积缓慢增大，到有很明显的发泡，这一阶段大约需要４ｍｉｎ。
（２）随后迅速膨胀变大，直到达到最大膨胀点；这一阶段仅用几秒钟即可达到最大，可保持４ｒａｉｎ；（３）试样开始塌缩，体积保持在一定数值。
发泡温度影响发泡剂分解产生气体的速度和泡沫体膨胀的速度。
随着温度的升高，发泡剂分解速率增大，泡沫体膨胀速度加快。
发泡温度越高，泡沫陶瓷体积膨胀达到的最大点的时间越短。
本文的发泡温度为５８０～５９０℃。
３．２氢化钛发泡剂加入量
图２为不同氢化钛加入量得到的泡沫陶瓷孔结构照片。
图２ａ显示Ｔｉｌｌ。
加入量是不足的，少量的ＴｉＨ２颗粒被大量的金属颗粒包围，若要达到一定的发泡程度，ＴｉＨ２分解产生氢气的膨胀体积要大，所以可以观察到少量不规则的大孔。
在没有ＴｉＨ２分布的
４６８１０１２１４１６１８２０２２２４
Ｔ／ｒａｉｎ
图１发泡过程中体积变化曲线
Ｆｉｇ．１Ｖｏｌｕｍｅｃｈａｎｇｅ
ｃｕｒｖｅ
ｏｆｆｏａｍｃｅｒａｍｉｃｓ
部位仍然不能发泡，因此可见未曾发泡的实芯部分。
随着ＴｉＨ２含量的增加，ＴｉＨ２颗粒均匀地被陶瓷颗粒包围，气泡克服熔体的阻力得以长大。
在长大过程中，气泡之间相互挤压，使气泡变小。
如图２ｂ所示，当ＴｉＨ２加入的质量分数为１．ｏ％时，有大量的分布均匀的圆形孔。
而当ＴｉＨ。
加入的质量分数为２．ｏ％时，如图２ｃ所示，出现了一些大而形状极不规则的气孔及破孔，这是由于ＴｉＨ：加入的质量分数过多，产生的气体压力过大，造成气泡不稳定，气泡壁破裂合并或破孔，形成大而不规则的气孔。
由此可见，当ＴｉＨ２加入的质量分数为１．０时，气泡稳定，可获得孔径均匀、密度合适的泡沫陶瓷材料。
３．３发泡时间
图３为发泡时间与泡沫陶瓷密度的关系曲线。
可以看出，开始阶段，泡沫陶瓷的密度随着发泡时间的增加而降低，达到一定时间后，随着发泡时间的增加
（匐一０．５％；ｃｏ）一１．ｏ％，（ｃ）一２．Ｏ％
图２ＴｉＨ２加入量对泡沫陶瓷孔结构的影响
Ｆｉｇ．２ＥｆｆｅｃｔｏｆＴｉｌｌ２ｃｏｎｔｅｎｔ
ｏｎ
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