蜂窝陶瓷的制备与应用
超低膨胀系数堇青石蜂窝陶瓷材料的制备
超 低 膨 胀 系数 堇 青石蜂 窝陶瓷 材料 的制 备
罗凌 虹 余 永 志 王 乐 莹 程 亮 石 纪 军
（ 景 德镇 陶瓷 学 院 ， 江西 景德 镇 ３ ３ ３ ０ ０ １ ）
摘 要
利用 Ｘ Ｒ Ｄ、 Ｓ Ｅ Ｍ 等测试技术对 ＮＧ Ｋ和宜兴某厂 的堇青石蜂窝陶瓷样品进行对 比分析和研 究 ， 结果得 出 ： 由于 Ｎ ＧＫ堇青石
项 目“ 新型结构高性 能中温 固体氧化 物燃料 电池的研究” （ 编号 ： ２ ０ １ １ １ Ｂ Ｂ Ｅ ５ ０ ０ １ ７ ） 通讯联系人 ： 罗凌虹 ， Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｕ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ｈ ｏ ｎ ｇ ＠ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ｎ
１ ０ １℃左 右 。张 振 禹 也 对堇 青 石的 低热 膨胀 机理
一
定的取向。 从以上结果得出 ： Ｎ Ｇ Ｋ堇青石陶瓷的膨
胀系数比堇青石材料理论膨胀系数还要低， 主要是因
为其蜂窝陶瓷 中含有一定量的微裂纹 ， 该微裂纹可以
有效抵消堇青石受热膨胀。 一般认为堇青石质陶瓷的
化学组成越靠近堇青石的理论组成， 其热膨胀系数越 低。 同时， 烧成制度也是决定堇青石晶粒是否取向排
陶瓷在微观结构方面产生微裂纹导致 Ｎ Ｇ Ｋ （ ０ ． ２ × ｌ Ｏ － ￣ ／ ｏ ｃ ） 生产的堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数（ １ ＿ ２ × １ ０ － ６ ／ ￣ Ｃ ） 比宜兴产的小。 由此提
出了超低膨胀系数堇青石陶瓷的制备方案 ，即从浆料分散及烧成制度两个方面对宜兴蜂窝陶瓷微观结构进行优化 从而有效降低
《 陶瓷学报｝ ２ ０ １ ３年第 ２期
１ ８ ５
Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｕｌ ｔ ｒ ａ －Ｌｏ ｗ Ｔｈｅ ｒ ｍａ ｌ Ｅｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｒ ｄ ｉ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅ Ｃｅ ｒ ａ ｍｉ ｃ Ｈｏ ｎｅ ｙ ｃ ｏ ｍｂ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
蜂窝陶瓷用堇青石
的 吸附性能 以及一 定 的 机 械强 度 而 得 到广 泛 的应 用 ，
它与各 种催化 剂活 性组分 的匹配性 良好 ， 以及 孔壁薄 、
青 石基 微 晶玻璃 （ 玻璃 陶瓷 ） 。玻 璃反 玻化 法有 ２种 基
本 的方法 ： ①采 用 玻璃 制 备 工 艺 ， 配 料 熔 融 成玻 璃 ， 将
陶 瓷
２０ ． ｏ９ ０ ７ Ｎ ．
着氢 氧 化物 ， 瞬间 即 可形 成 凝胶 。 把 凝胶 热 处 理 以后
同样 的方 法 生 成 堇青 石 ， 没 有 成 功 ， 使 用 ＴＯ 但 当 ｉ，一 Ｍ Ｏ助熔 时 ， ｏ 结果 产 生 了锂 辉 石 而 不 是堇 青 石 。宫板 约 研究 制取 了堇 青石 单 晶 ， Ｍ Ｏ ２ ８ｇ Ａ ， ０ｇ 将 ｇ ． 、 １０ ７ 、
１２ ２ 玻璃 反玻 化法 ．． 为了改 善堇青 石 陶 瓷 的性 能 ， 年来 又发 展 了 堇 近
３ ５ ； 一种 是高温 稳 定 的六 方 结构 的 ａ一堇 青 石 ， ３ ）另 又
称 印度 石 （ 六 方 晶 系 ， 间 群 为 Ｐ ／ ｅ ， 胞 参 数 属 空 ６ｍ ｅ 晶
为 ： ＝９ ８０ ｃ ．４ ） ａ ．０ ， ＝９ ３ ５ 。通 常 的人 工 合 成 方 法得 到 的大多是 ａ 一堇 青石 。在 结构 中 ， ５个 ［ ｉｄ 四面体 由 ｓ０ ］ 和 １ ［ ｌ ｄ 四面 体组成 １ 六元 环 。六 元 环 沿 ｃ 个 Ａ０］ 个 轴 同轴 排列 ， 相邻两 层互 错 ３ 。 。六元 环 之间靠 ［ １ ０角 Ａ０ ］ 四 面 体 和 ［ ｇ 八 面 体 连 接 。 ［ １ Ｍｏ］ Ａ０ ］四 面 体 和 ［ ｇ 八 面 体 共 棱 连 接 ， 而 构 成 稳 定 的 堇 青 石 结 ＭＯ］ 从 构 。由于堇 青 石 具 有 良好 的 抗 热 冲击 性 能 、 良好
多孔陶瓷
陶瓷孔道后，将大大提高转换效率和反应
速度。
例如用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷被覆贵金 属或稀土金属催化剂后，可用于汽车的尾 气处理，使层气中的CO、CmHn化合物转
化为CO2，并能使捕获的炭粒在较低的温
度下起燃，使净化过滤器催化再生。
当多孔陶瓷的孔径小于气体分子平 均自由程时，不同气体具有不同的渗透
能力，利用多孔陶瓷的这一特点，可选
择性地分离某一反应生成的气体产物，
而使反应速度加快。
作敏感元件
利用多孔陶瓷探头制成的土壤水分测定 装置，可快速测出土壤中的水分变化，其
探头的灵敏度取决于材料的气孔率及孔径。
多孔陶瓷片两侧镀覆电极后，插入土
壤中，土壤含盐率的高低将由陶瓷片的电
阻值变化而反映出来。
作为隔膜材料
在电解法生产双氧水工艺中，用多孔
多孔陶瓷的孔结构特征与陶瓷本身的优异性能结 合,使其具有均匀的透过性、发达的比表面积、低密度、 低热导率、低热容以及优良的耐高温、耐磨损、耐气候 性、抗腐蚀性和良好的刚度、一定的机械强度等特性。 这些性能使多孔陶瓷成为发展迅速,应用广泛,前景广阔 的新型材料。
2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理 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。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
多孔陶瓷的制备与应用
综述与述评 综述与述评 综述与述评
种由低密度的多孔氮化硅外加 % 层高密度的氮化硅 天线罩材料，其介电常数为 #. / 0 , ，介电损耗小于 而且具有足够的机械强度， 耐雨蚀、 沙蚀性能 ! 1 %- 2 ! ， 良好， 可耐 %3--4 的高温。 此外，多孔陶瓷还可用作防火材料，气体燃烧器 的烧嘴， 高温膜反应器， 混合气体分离器， 柴油机的活 塞， 制造业中的散气隔板， 流态化隔板和电解液隔板， 水质处理，生物制药的超滤提纯，生物发酵器和反应 器以及石油行业的废油纯化和渣油脱沥青等。
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*++% 年第 $ 期 , 总第 !+’ 期 -
现 现 代 技 术 陶 瓷 现代 代技 技术 术陶 陶瓷 瓷
该工艺制得的多孔陶瓷孔径分布范围极为狭窄，其孔 径大小可通过溶液组成和热处理过程的调节来控制 % ( & ， 但该工艺的缺点是制品形状受到一定的限制。 !" ’ 固态烧结法 该工艺又称骨料堆积法 % , & 。它是在骨料中加入相 同组分的微细颗粒，利用微细颗粒易于烧结的特点， 在一定温度下将骨料 - 大颗粒 . 连接起来。由于每一粒 骨料仅在几个点上与其它颗粒发生连接，因而形成大 量三维贯通孔道。所以， 骨料颗粒越大， 形成的多孔陶 瓷平均孔径就越大；骨料颗粒尺寸分布范围越窄，所 得到的多孔体微孔的分布也越均匀；骨料颗粒尺寸越
热导率低、 介电常数低、 体积密度小、 比表面积高以及 具有独特物理和化学性能的表面结构等优点，加之陶 瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等 特点，给它的应用开拓了广阔的前景。目前其应用主 要集中在以下几方面。 !" # 用作过滤器 主要集中在 # 方面： $ % & 作为高温高压含尘气流 过滤器。在这方面， 多孔陶瓷过滤器与旋风吸尘器、 洗 涤过滤器以及电除尘器相比，其吸尘效率高，使用寿 命长。$ # & 作为熔融金属过滤器。 例如： 在铸造业中， 泡 沫陶瓷过滤器常用于除掉非金属夹杂物。在这方面的 $ ’ & 高温下不与所 应用中， 多孔陶瓷需满足 ! 个条件： 过滤的金属起反应； $ ( & 过滤器要有良好的抗热震性 及足够的强度 相顺利通过。 !" ! 用作催化剂载体 $ % & 用作化工催化剂载体。化 主要集中在 # 方面： 工生产中需要充分利用催化剂，其催化剂载体必须有 很高的几何面积以及耐化学腐蚀性和耐热腐蚀性。而 多孔陶瓷由于其较高的比表面积，独有的耐高温性、 耐腐蚀性正好满足以上要求。常用的有微孔氧化铝陶 $ # & 用作细菌、 瓷和多孔堇青石陶瓷； 微生物载体。例 如：多孔的羟基磷灰石被应用于制造人造齿科材料、 人造骨等。 !" $ 用作建筑材料 由于多孔陶瓷具有轻质、 不易燃、 隔音隔热、 加工 性能及装饰性能好等特点，在建筑行业获得了广泛的 应用。具有闭口气孔的可作为内外墙、地板和天花板 贴面、 冷库的隔热层， 也可用作水上漂浮材料； 具有开 孔的可作为音乐厅、广播室的贴面吸音材料，利用其 粗糙表面还可作为磨具使用 。
堇青石蜂窝陶瓷载体涂层的制备研究
１ 实 验 部 分
溶胶 的制 备 称 取一 定量 的拟薄水 铝石 粉 ， 放入三 颈烧瓶 中 ， 加入去 离子 水搅拌 成拟 薄水 铝石粉 悬 浮液 ， 在蛇 形冷凝 管冷 却 回流 的情 况下 ， 比例滴加 一定 量 的 ３ｍｏ ・ 的硝 酸 胶溶 剂进 行 解胶 ， 控 按 ｌ Ｌ 并 制成 胶温 度和 回流搅 拌时 间 ， 备溶胶 ． 制 涂层 的制 备 将 酸 洗 、 洗 预 处 理 后 的 堇 青 石 蜂 窝 陶 瓷 载 体 （ ２： ／ｍ 孑 尺 寸 ： ０ｍｍ ×２ 水 ６ ￣ ｃ ，Ｌ Ｌ １ ５
度进 行测定 ， 声功率 ２ ０Ｗ ， 超 ５ 工作 频率 ５ Ｈｚ 将 样 品放 于水 介质 中 ， 声振 荡 处 理 ２ ｎ后 ， 出 ３ｋ ， 超 ０ｍｉ 取 烘干 ， 称重 ， 载体 涂层 的脱 落率 由 以下公 式计 算 ：
收稿 日期 ：２ ０ — ５ １ ０ ８０ ２ 基 金项 目 ：江 苏 省 高校 自然 科 学 基 金 资 助项 目（７ Ｂ ５ １ ２ ； 州 师 范 大学 自然 科 学 基 金 资 助 项 目（ ７ ６ ０ ＫＪ １ ０ １ ） 徐 ０ ＸＩ Ａ０ ）
Ｄｅ ．， ０ ｃ ２ ０８
堇 青 石蜂 窝 陶瓷 载体 涂 层 的制 备研 究
田久英 ，卢 菊 生 ，吴 宏
（ 州 师 范 大学 化 学 化 工学 院 ， 苏 徐 州 ２ １１ ） 徐 江 ２ １６
12-多孔陶瓷
作催化剂载体
由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和 活性，被覆催化剂后，反应流体通过多孔 陶瓷孔道后，将大大提高转换效率和反应 速度。
例如用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷被覆贵金 属或稀土金属催化剂后，可用于汽车的尾 气处理，使层气中的CO、CmHn化合物转 化为CO2，并能使捕获的炭粒在较低的温 度下起燃，使净化过滤器催化再生。
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 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。
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 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。
多孔陶瓷的应用51在金属熔体过滤净化技术中的应用52精过滤技术在其他领域的应用53作催化剂载体54作敏感元件55作为隔膜材料56降低噪声57用于布气在金属熔体过滤净化技术中的应用因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大过滤效率高的特点因此在金属熔体过滤净化技术中泡沫陶瓷作为一种新型高效过滤器得到人们的重视
最常用的多孔陶瓷的制备方法是依靠 骨料粒子堆积而形成孔道。
以均一的球状粒子堆积为例，存在 着8种堆积可能性，配位数分别为6、8、 10及两种12(角锥形配位和四面体配位)。
多孔陶瓷的制备_性能及应用_多孔陶瓷的制造工艺_朱新文
文章编号:1000-2278(2003)01-0040-06多孔陶瓷的制备、性能及应用:(Ⅰ)多孔陶瓷的制造工艺朱新文 江东亮 谭寿洪(中国科学院上海硅酸盐研究所)摘 要多孔陶瓷的制备方法很多,其成孔机理主要有机械挤出、颗粒堆积、成孔剂、发泡、多孔模板、凝结结构成孔。
本文根据成孔机理的不同综述了多孔陶瓷的制备工艺最新研究进展。
关键词:多孔陶瓷,成孔机理,制备工艺,多孔模板中图法分类号:TQ174.6+53.4 文献标识码:BPROCESSING ,PROPERTIES AND APPLICATION OFPOROUS CERAMICS :(Ⅰ)PROCESSING OF POROUS CERAMICSZhu Xinwen Jiang Dongliang Tan Shouhong (Shanghai Institute of Cera mics ,Chinese Academy of Science )AbstractVarious techniques have been developed to produce porous ceramics by means of different mechanisms of pore for mation such as extrusiion ,particle stacking ,pore for mer ,foaming ,porous template and porous gelled structure .The latest progress in the processing techniques of porous cera mics was reviewed by the different mechanism of pore for mation in the present paper .Keywords porous ceramic ,pore formation mechanism ,pr ocessing ,por ous templates1 前 言多孔陶瓷具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、良好的隔热性能、耐高温和使用寿命长等优点,是一种新型功能材料。
多孔陶瓷的制备方法、多孔陶瓷及其应用
多孔陶瓷的制备方法、多孔陶瓷及其应用多孔陶瓷是一种具有高度孔隙度和大孔径的陶瓷材料，具有良好的化学稳定性、高温稳定性和机械强度，因此在许多领域有着广泛的应用。
本文将介绍多孔陶瓷的制备方法、多孔陶瓷及其应用。
一、多孔陶瓷的制备方法
多孔陶瓷的制备方法主要包括模板法、发泡法、溶胶-凝胶法、压制法等。
其中，模板法是最常用的制备方法之一。
该方法的基本原理是利用模板的形状和大小来控制多孔陶瓷的孔隙结构。
具体步骤为：首先制备出模板，然后将模板浸泡在陶瓷浆料中，待浆料干燥后，将模板烧掉，最后进行烧结处理，得到多孔陶瓷。
二、多孔陶瓷的特点
多孔陶瓷具有以下特点：
1.高度孔隙度：多孔陶瓷的孔隙度通常在50%以上，可以达到80%以上。
2.大孔径：多孔陶瓷的孔径通常在几微米到几百微米之间。
3.化学稳定性：多孔陶瓷具有良好的化学稳定性，可以在酸、碱等恶劣环境下使用。
4.高温稳定性：多孔陶瓷具有良好的高温稳定性，可以在高温环境
下使用。
5.机械强度：多孔陶瓷具有较高的机械强度，可以承受一定的压力和拉力。
三、多孔陶瓷的应用
多孔陶瓷在许多领域有着广泛的应用，主要包括：
1.过滤材料：多孔陶瓷可以作为过滤材料，用于过滤水、空气等。
2.催化剂载体：多孔陶瓷可以作为催化剂的载体，用于催化反应。
3.生物医学材料：多孔陶瓷可以作为生物医学材料，用于骨修复、人工关节等。
4.电子材料：多孔陶瓷可以作为电子材料，用于制备电容器、电感器等。
多孔陶瓷具有高度孔隙度和大孔径的特点，具有良好的化学稳定性、高温稳定性和机械强度，因此在许多领域有着广泛的应用。