泡沫陶瓷的制备方法及研究进展
高强度碳化硅泡沫陶瓷的制备及其抗压强度研究

高强度碳化硅泡沫陶瓷的制备及其抗压强度研究下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成,希望大家下载以后,能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改,请根据实际需要进行相应的调整和使用,谢谢!并且,本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料,如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等,如想了解不同资料格式和写法,敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!高强度碳化硅泡沫陶瓷的制备及抗压强度研究一、引言高强度碳化硅泡沫陶瓷,作为一种新型的轻质、高强、耐高温材料,因其独特的物理和化学性能,广泛应用于航空航天、能源、环保等领域。
泡沫陶瓷的制备及其性能表征的研究

沈阳建筑大学毕业论文毕业论文题目泡沫陶瓷的制备及其性能表征的研究学院专业班级材料化学09-1班学生姓名姜峰性别男指导教师赵苏职称教授2013年6月10日摘要泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代,是一种具有高温特性的多孔材料。
由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能,可广泛应用于热交换材料,布气材料,汽车尾气装置,净化冶金工业过滤熔融态金属,热能回收,轻工喷涂行业,工业污水处理等。
本文以以贝壳粉为造孔剂,研制氧化铝泡沫陶瓷。
通过对制品体积密度、显气孔率、吸水率等性能的测试,分析了贝壳粉掺量对泡沫陶瓷性能的影响。
实验表明,适量添加贝壳粉作造孔剂,可制得性能较好的氧化铝泡沫陶瓷。
在本实验研究条件下,当贝壳粉掺量为10% 时,可制得外观良好、吸水率为29.92%,体积密度1.16g/cm3,显气孔率33.78% 的氧化铝泡沫陶瓷制品。
关键词:泡沫陶瓷;贝壳粉;制备;性能AbstractDevelopment of foam ceramics began in the nineteen seventies, is a kind of high temperature properties of porous materials. Because it has a high porosity, chemical corrosion resistance and good mechanical strength and adsorption filtration performance of large specific surface area, thermal shock resistance, high temperature resistance, and can be widely applied to the heat exchange materials, cloth material, automobile exhaust purification device, filtering molten metallurgical industrial metal, heat recovery, light industry and coating industry, industrial wastewater processing etc..Foam ceramic can be made by adding shell powder as foaming agent to ceramic raw materials.The influence of the shell powder on the quality of foam ceramic was analyzed through their related properties such as bulk density, open pore porosity, water absorption and so on. It is found that by adding proper shell powder, the better quality foam ceramic can be made.On the condition of this experiment, when the shell powder content is 10%, can be obtained with good appearance, water absorption rate was 29.92%, 1.16g/cm3, bulk density, apparent porosity of alumina foam ceramic products 33.78%.Key words: the foam ceramic; the fly ash; preparation; research目录第一章绪论 (1)1.1泡沫陶瓷 (1)1.2历史 (1)1.3现状................................................................................. 错误!未定义书签。
泡沫陶瓷材料的制备及多功能性

空间 网架 结构 ,气孔 率在2 % ~ 5 0 9 %之 间 ,其 造型 犹 如钢 化 了的 泡 沫塑 料 或瓷 化 了的 海绵 体 。根 据 材质 不 同 ,泡 沫 陶瓷 的使 用 温 度 为 常温 ~1 0 ℃ 。自 1 7 年 美 国发 明 了利 用 氧 60 9 8 化铝 、高 岭土 等陶 瓷 料浆 研 制 的泡 沫陶 瓷 ,用 于铝 合 全铸 造 过滤 之 后 ,英 、日 、德 、瑞 士等 国 家竞 相 开展 了 研究 ,生产 工 艺 日益 先进 ,技 术 装备 越 来越 向 机械 化 、自动 化发 展 ,根
【 e od fa dc rmi ;rp rt n muiu cin l s K yw rs】o me ea c pe aai ; lfn t ai s o t - o t i e
1 、引 言
泡 沫 陶 瓷材 料 的 发 展始 于2O世 纪 7 O年代 ,是 一种 具 有 可 耐 高 温 的多 孔 材料 。其孔 径 从纳 米级 到 微米 级 不等 ,具有 三 维
溶 胶一 凝 胶 法是 利 用 凝胶 化 过 程 中胶 体粒 子 的 堆积 以及 凝胶 处理 、热 处理 等 过 程 中 留下 小气 孔 ,形 成 可 控 孔 隙结 构 。由 溶胶 向凝 胶 的转 化 过程 中 ,体 系 的 粘度 迅 速 增 加 ,从 而稳 定 了 已经 产 生 的气 泡 ,有 利 于发 泡 。溶胶 一 凝 胶 方法 主 要用 来 制备 孔 径 在纳 米 级 的微 孔 陶瓷 材 料 ,气 孔 分 布均 匀 ,现 已成 为无机 分离 膜制 备工 艺 中最 为活跃 的研 究领 域 。
产 品的性 能 。
2. 泡法 1发
发 泡 法主 要 是在 陶 瓷粉 料 中加 入适 当 的发 泡 剂 ,通 过化 学 反 应 产 生 挥 发 性 气 体 从 而产 生 泡 沫 ,然 后 再经 干燥 和 烧 成 制 得 。采用 反 应发 泡 的方 法 ,可 以 制备 形 状复 杂 的泡 沫 陶瓷 制
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。
泡沫陶瓷的制备和应用

泡沫陶瓷的制备和应用【摘要】泡沫陶瓷孔隙率高、抗热震性能良好、耐腐蚀性强、稳定性好,已在多个领域得到应用。
对制备工艺进行了分析,并介绍了泡沫陶瓷的研究进展和应用前景。
【关键词】泡沫陶瓷;制备;性质;应用泡沫陶瓷为新型的保温隔热绿色环保材料,内部含有大量气孔、呈三维空间网架结构。
其孔隙率高、稳定性好,还具有耐腐蚀、抗热震等传统有机保温材料所没有的特性。
1、泡沫陶瓷概述美国在1978年于熔融金属的过程中,用Al2O3和高岭土等制出泡沫陶瓷,使金属铸件的质量提升、制品的废品率下降。
德、日、英等国家之后开展了相关工作,将泡沫陶瓷应用在杂质的过滤和催化剂载体等方面。
我国在20世纪80年代时探索了泡沫陶瓷的研究,其在尾气净化和金属熔融领域达到了高实用的水平。
目前,泡沫陶瓷的组成材质多种多样,骨料和材质也不尽相同,使用温度及主要性能还需研究。
2、泡沫陶瓷的制备方法(1)添加造孔剂工艺添加造孔剂工艺要求造孔剂在基体陶瓷烧结后离开基体,形成大量气孔,制成的泡沫陶瓷孔隙大小和形状主要由造孔剂颗粒决定。
常用的造孔剂有无机和有机两类,无机造孔剂如CaCO3、碳酸铵等在高温下可分解形成气孔,而硫酸钠、氯化钠等在高温下不分解,也不与基体产生反应,可在烧结完成后用水、酸或碱溶液浸出气孔,从而制得泡沫陶瓷。
有机造孔剂如锯末、淀粉、聚氯乙烯等天然纤维和高分子聚合物等,可在制品烧结前分解或挥发,产生大量气孔。
该工艺制成的泡沫陶瓷形状各异、气孔特征不一,但孔隙率不高。
(2)有机泡沫浸渍工艺有机泡沫浸渍工艺由Schwartzwalder和Somers在20世纪60年代发明,可制出孔隙率大于70%的泡沫陶瓷。
该工艺须先准备好有机泡沫网状体,之后将陶瓷浆料涂在其上,干燥烧结后除去泡沫体,从而获得泡沫陶瓷。
制品强度和孔隙率均较高,但形状和密度不甚理想。
有机泡沫体须有一定的亲水性和回弹性,使陶瓷浆料吸附并在多余浆料挤出后回复原态,决定了制品的孔隙特征。
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。
一种发泡陶瓷及其制备方法7篇

一种发泡陶瓷及其制备方法7篇第1篇示例:一种发泡陶瓷及其制备方法一种发泡陶瓷是一种新型的多孔材料,具有较低的密度和良好的绝缘性能。
它在建筑、航空航天、能源等领域具有广泛应用前景。
本文将介绍一种发泡陶瓷的制备方法,以及其在各个领域的应用情况。
发泡陶瓷的制备方法主要包括模具设计、原料配比、成型、烧结等几个步骤。
根据所需的产品形状和尺寸设计合适的模具。
然后,选择适当的原料进行配比,通常包括粘结剂、发泡剂、结构助剂等。
将原料混合均匀后通过挤压、注塑、挤出等方式成型,然后进行烧结处理,使其形成孔状结构。
可根据需要进行表面处理,如磨光、涂漆等。
发泡陶瓷具有较低的密度、优良的隔热性能和化学稳定性,因此在各个领域都有着广泛的应用。
在建筑领域,发泡陶瓷被用作隔热材料,可有效减少建筑物的能耗;在航空航天领域,发泡陶瓷可用于制造航天器的热屏障材料,提高其耐高温性能;在能源领域,发泡陶瓷可用作催化剂载体,提高催化效率。
一种发泡陶瓷具有广阔的应用前景,可以在建筑、航空航天、能源等领域发挥重要作用。
随着材料科学的不断发展,相信发泡陶瓷在未来会有更广泛的应用。
第2篇示例:发泡陶瓷是一种具有微孔结构的陶瓷材料,具有轻质、高强度、优良的绝缘性能和耐高温性能等特点,广泛应用于航空航天、汽车、电子、建筑等领域。
其制备方法主要包括原料准备、配料、发泡、成型、烧结等步骤。
一、原料准备发泡陶瓷的主要原料为粘土、石英砂、膨胀剂和发泡剂等。
粘土作为主要的胎料,可提供足够的粘结力和成型性;石英砂作为填充料,可以提高陶瓷的强度和耐磨性;膨胀剂用于控制陶瓷的孔隙率;发泡剂则用于在制备过程中产生气泡,形成微孔结构。
二、配料将原料按一定的配方比例进行混合,其中粘土和石英砂经过破碎和筛分处理,膨胀剂和发泡剂经过精确称量。
在混合过程中,要保持原料的均匀性,确保陶瓷的质量稳定。
三、发泡经过配料后的混合物通过搅拌、挤压等方式形成坯体,然后将坯体放入发泡炉中进行发泡。
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。
- 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)。
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]。
而后,英国、日本、德国等国家也开始研究,我国也在20世纪80年代积极加入到泡沫陶瓷研究的行列中。
经过近30年的发展,国内生产泡沫陶瓷的厂家越来越多,制造装备水平有了长足发展,但产品质量良莠不齐,与国外生产厂家标准化、系列化的产品相比,不论外观质量还是产品性能等还有较大提升空间,表1列举了国外泡沫陶瓷生产商及主要产品的应用范围。
通常多孔陶瓷被分为微孔陶瓷、介孔陶瓷和宏孔陶瓷,这一分类方法是由IUPAC(国际理论和应用化学联合会)根据孔径大小区分的,泡沫陶瓷则属于该分类下的宏孔陶瓷材料。
泡沫陶瓷是由普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷发展而来的新型多孔陶瓷材料,70~90%的孔隙率使得它的结构充满了互相贯通的气孔,而有机泡沫塑料的使用使得泡沫陶瓷同样具有像泡沫一样的三维网状结构,因而常被称作“瓷化了的泡沫”。
泡沫陶瓷常被应用于冶金熔融金属液过滤、污水处理、汽车尾气催化净化器、节能材料,这些应用正是利用了它较高的孔隙率和较大的比表面的特点,同时兼有机械强度较高、高温下化学稳定性好,及吸附性好的优良特性。
2.泡沫陶瓷的制备工艺科技工作者为了充分发挥泡沫陶瓷的使用价值,使其能在不同的领域所使用,在制备工艺上进行了许多的尝试和总结,获取了以下多种制备泡沫陶瓷的工艺方法:2.1添加造孔剂法[3]这类泡沫陶瓷的成孔原理是:在起初配置原料时便混入造孔剂,造孔剂的选择和加入量是该项工艺的关键点,造孔剂可以选择碳粉或者氯化铵、碳酸铵、碳酸钙等化合物,这类造孔剂属无机类造孔剂;造孔剂也可以选择诸如有机酸、天然纤维、大分子量的聚合物等,这类造孔剂属有机类造孔剂。
当这些散乱分布的造孔剂经过高温烧制时,会被分解,其原有位置便会形成气孔,从而获得泡沫陶瓷。
但该工艺无法制备孔隙率高的泡沫陶瓷,且气孔的分布是杂乱不均的。
2.2自蔓延高温合成工艺(self propagating with high-temperature synthesis,SHS)[4]这类多孔陶瓷的成孔原理是基于化学反应,是由前苏联的科学家Mazhanov A. G.在上世纪60年代提出的,该化学反应伴随着高热量的释放,当体系获得足以促使局部发生化学反应的能量的时候,反应便开始了,而这个反应又因为本身的高热量的释放得以持续进行,整个体系被这种燃烧不断的蔓延,最终制得多孔陶瓷材料。
这种工艺制备的陶瓷材料孔隙率是较高的,并且具有连续的网格结构。
但是该工艺无法控制化学反应的速率,这导致该工艺无法控制所需制品的尺寸。
2.3溶胶-凝胶制备工艺[5]该工艺最初是由美国橡树岭国家实验室提出的,国内固化氧化铝泡沫陶瓷便是戴春雷等人[6]通过该种方法制得的,这种工艺的大致原理是:在陶瓷原料中加入有机单体,以及催化剂和引发剂,然后一起经球磨充分混合后制得浆料,然后用有机泡沫塑料充分浸泡在该浆料中,这时会在有机泡沫塑料的孔筋上附着有该浆料,陶瓷原料中加入的有机单体会连同加入的催化剂、引发剂共同作用下发生原位聚合反应,这种反应使得附着在有机泡沫塑料孔筋上的浆料逐步凝固,最终制备出多孔陶瓷。
这种工艺制备的泡沫陶瓷内部结构均匀性较好,适合于制作异形件,对于工业化生产来说工艺也并不太复杂。
2.4陶瓷浆料发泡工艺[7]该工艺的成孔原理大致为:在配置陶瓷泥浆原料时,同时混入发泡剂,发泡剂可以选择有机物也可以选择无机物,气泡的产生给制品带来了大量气孔,气泡产生的过程通常因为这些加入的发泡剂进行的化学反应,而气泡大部分独立存在于机体内部,这使得经过干燥、烧制后的制品中的气孔绝大部分是闭气孔。
但是这种工艺中,气泡产生的速度以及产生的量等条件是较难准确控制的,因此不适合工业化生产。
2.5有机泡沫塑料浸渍工艺这种成型工艺最早是由Schwartzwalder[8]发明的,从19世纪70年代至今,该成型工艺一直被视为工业化生产高性能泡沫陶瓷制品最有效的工艺方法,该工艺的原理:选择具有三维开孔的聚氨酯泡沫塑料,将准备好的泥浆均匀涂抹在泡沫塑料上,使得泡沫塑料的孔筋上充分附着满泥浆,该泥浆是陶瓷原料经球磨充分混合后制得的固含量较高的浆料,然后将干燥后的半成品升高至一定温度,将其中的泡沫塑料充分燃尽且浆料烧结致密后便可获得与泡沫塑料结构几乎一致的泡沫陶瓷,如图2所示,泡沫陶瓷与有机泡沫塑料的宏观结构几乎相同,因此当需要制备一定孔径的泡沫陶瓷时,只需要选择与该孔径相当或适当大于该孔径的泡沫塑料即可。
该工艺过程如图1所示,有机泡沫塑料经过挂浆制成生坯,生坯经过高温烧结制得泡沫陶瓷。
→→有机泡沫塑料生坯泡沫陶瓷图1 有机泡沫浸渍工艺成孔原理示意图有机泡沫体泡沫陶瓷图2 有机泡沫塑料与泡沫陶瓷的结构对比有机泡沫塑料浸渍工艺经过不断的发展,生产设备也不断成熟,因此大部分生产厂家都采用此工艺进行大批量泡沫陶瓷的生产,各个厂家结合自身产品特性,不断优化生产工艺,加入了诸如喷涂、离心挂浆等步骤,使得产品无论从外观质量还是内部结构都有较大提升,整个工艺的流程如图3所示:图3 有机泡沫塑料浸渍工艺流程图要想获得质量稳定、性能优良的泡沫陶瓷产品,需要在工艺流程中注意以下关键点的控制:(一)泡沫塑料的选择与处理在生产初期,泡沫塑料的选择是至关重要的,用作生产泡沫陶瓷产品用的泡沫塑料应当具备以下要求:(1)泡沫塑料需要具备良好的回弹性能。
通常为了使得泥浆更多的附着在泡沫塑料上,制备泡沫陶瓷的泥浆固含量相对较高,这使得泥浆粘稠度增大,泡沫塑料在被泥浆浸渍后,恢复原状时会有较大阻力,这就要求所选择的泡沫塑料不能太软,太软的泡沫经过后期的对辊挤压会变形严重从而无法制备出合乎规格尺寸的产品。
(2)泡沫塑料需要具备良好的亲水性能。
在生产泡沫陶瓷的过程中,泥浆的制备通常选择水作为溶剂,因此泡沫塑料须具有较好的亲水性能,这样的泡沫塑料能更好的附着水基泥浆,否则,泥浆无法有效附着,泡沫陶瓷就无法顺利制备。
(3)泡沫塑料的孔筋不能太致密、太光滑。
这一点也是基于浆料能够有效附着在泡沫塑料之上,生产中时常会遇到这样的问题,为了保证泡沫塑料在对辊挤压后能迅速恢复原状,通常会选用强度较高的软质泡沫塑料,而强度较高的泡沫塑料孔筋通常致密度相对较高且表面光滑,这会使挂浆难度增大或使得原本挂好的浆料很容易的脱落,从而影响到最终产品的性能。
针对此项,工厂通常会对泡沫塑料做改性处理,将泡沫塑料浸泡于适当浓度的氢氧化钠溶液中,以增加泡沫塑料孔筋的粗糙度,同时改性处理会去除掉泡沫中的隔膜,从而易于后期挂浆和降低产品盲孔的产生机率。
(4)泡沫塑料的分解温度应当低于泡沫烧结温度。
生产中通常选择聚氨酯泡沫塑料,该泡沫塑料会在600℃时完全分解,因而产品烧结温度高于此温度便能满足泡沫陶瓷的烧成要求。
此项中,为了保证泡沫塑料充分分解的同时避免分解过快导致产品坍塌,升温速率的设定是非常关键的。
(二)陶瓷粉料的选择陶瓷粉料的选择是由最终产品适用的工况环境所决定的。
例如,采用堇青石、莫来石、氧化铝等原料制备的泡沫陶瓷通常应用在过滤锌、锡、铜、铝等有色金属及低熔点合金,也可用于柴油机中对排气颗粒的过滤;采用碳化硅等原料制备的泡沫陶瓷通常应用在过滤铸铁等黑色金属及其合金;采用部分稳定氧化锆增韧氧化铝(ZTA)或高纯氧化锆原料制备的泡沫陶瓷可以用于钢水的过滤。
总之,为了设计出满足不同使用要求的各类泡沫陶瓷,粉料的选择是至关重要的,为了获得最优的产品性能,粉料的目数选择以及不同粉料之间的颗粒级配在生产过程中也非常关键。
(三)浆料的制备有机泡沫浸渍工艺中,在泡沫塑料充分被泥浆浸渍的同时还需要在对辊挤压过程时排出多余泥浆,这对泥浆的性能提出了较高的要求,这就要求泥浆在具备一定流动性能的同时还应当具备较好的触变性能。
前者保证了料浆能够在泡沫浸渍泥浆时自由的在有机泡沫内流动,保证了浆料的均匀分布,后者保证了在对辊挤压时,料浆粘度因触变性能良好而降低,多余的泥浆被很容易的挤出,同时对辊挤压结束时,浆料粘度又随之升高,原本留在泡沫孔筋上的浆料更加牢靠的附着在孔筋上,反之,若此时流动行较好则会导致残留的浆料不断流动堵塞开孔,从而导致大量盲孔影响高温熔体过滤时的通过性。
为了满足有机泡沫浸渍成型工艺泥浆的流变性、触变性等性能,在制备浆料时,需要加入适量的外加剂,这些外加剂根据作用不同可分为流变剂、分散剂、粘结剂、消泡剂及表面活性剂等。
①流变剂流变剂主要是诸如高岭土、膨润土等天然粘土,流变剂的主要作用是用来调节泥浆的流变性和触变性,即如之前所述,适量添加流变剂既可以使浆料具备良好的流动性,从而使浆料均匀分布在有机泡沫内;同时也可以是浆料获得良好的触变性,从而使泡沫在挤压时排出多余浆料,在挤压结束时使泡沫保有适量泥浆满足制品需要。