多孔陶瓷材料的制備工藝

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1、成績(jī)______多孔陶瓷材料的制備工藝材料化學(xué)專業(yè)2011級(jí)羅慶芬指導(dǎo)教師：周蕓摘要:　概述了多孔陶瓷的形成機(jī)理,并詳細(xì)介紹了多孔陶瓷的制備工藝,具體闡述了各種方法的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:　多孔陶瓷；形成機(jī)理；制備工藝Abstract:thispapersummarizestheformationmechanismofporousceramics,andintroducesindetailthepreparationtechnologyofporousceramics,detailedelaboratedthecharacteristicsofvariousmethods.Keywords:porou

2、sceramics;Theformationmechanism;Thepreparationprocess1引言陶瓷材料是用天然或合成化合物經(jīng)過成形和高溫?zé)Y(jié)制成的一類無機(jī)非金屬材料。而多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫，高壓、抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕，良好的生物惰性、可控的孔結(jié)構(gòu)及高的開口孔隙率、使用壽命長(zhǎng)、產(chǎn)品再生性能好等優(yōu)點(diǎn)，可以適用于各種介質(zhì)的精密過濾與分離、高壓氣體排氣消音、氣體分布及電解隔膜等。2多孔陶瓷的空隙形成機(jī)理[1]多孔陶瓷就微孔結(jié)構(gòu)形式可分為2種:閉氣孔結(jié)構(gòu)和

3、開口氣孔結(jié)構(gòu)。閉氣孔結(jié)構(gòu)是指陶瓷材料內(nèi)部微孔分布在連續(xù)的陶瓷基體中,孔與孔之間相互分離,而開口氣孔結(jié)構(gòu)又包括陶瓷材料內(nèi)部孔與孔之間相互連通和一邊開口,另一邊閉口形成不連通氣孔2種。多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)通常是由顆粒堆積形成的空腔、坯體中加入的大量的可燃物或者可分解物形成的空隙、坯體形成過程中機(jī)械發(fā)泡形成的空隙以及由于坯體成型過程中引入的有機(jī)前軀體燃燒形成的孔隙等。一般將采用骨料顆粒堆積法和前軀體燃盡法均可以制得較高的開口氣孔的多孔陶瓷制品,而采用可燃物或分解物在坯體內(nèi)部形成的氣孔會(huì)有較大部分形成閉口氣孔或半開口氣孔,采用機(jī)械發(fā)泡法形成的氣孔基本上都是閉口氣孔。作為用作過濾、布?xì)獾仁褂玫亩嗫滋沾刹牧?/p>

4、來講,一般都希望具有較高的開口氣孔率,第5頁（共5頁）圍繞這一目的,目前國內(nèi)外在制備高孔隙多孔陶瓷材料方面進(jìn)行了較多的研究,其中主要包括采用陶瓷纖維材料的纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷材料和采用有機(jī)聚合物前軀體材料的泡沫陶瓷材料。3多孔陶瓷的制備方法多孔陶瓷是由美國于1978年首先研制成功的。我國從20世紀(jì)80年代初開始研制多孔陶瓷。目前,已在有色金屬合金、黑色合金以及氣體凈化催化劑載體等方面獲得大量應(yīng)用。根據(jù)使用目的和對(duì)材料性能的要求不同,人們已經(jīng)成功地開發(fā)出多種制造多孔陶瓷的方法。3.1擠壓成形工藝工藝流程為:原料合成→混合練混→擠出成形→干燥→燒成→制品。在生產(chǎn)過程中,核心工序是擠出成形,同時(shí)擠

5、出成形模具又是擠出成形的核心技術(shù)。工藝流程圖如下所示：制品燒成干燥擠出成形混合練混原料合成3.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝[2]有機(jī)泡沫(聚合物)浸漬工藝是Schwartzwalder等于1963年發(fā)明的。該法是用有機(jī)泡沫浸漬陶瓷料漿,干燥后在高溫下燒掉有機(jī)泡沫載體而形成孔隙結(jié)構(gòu),獲得多孔陶瓷的一種方法。其獨(dú)特之處在于它憑借了有機(jī)泡沫體所具有的開孔三維網(wǎng)狀骨架的特殊結(jié)構(gòu),將制備好的料漿均勻地涂覆在有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體上,而燒掉有機(jī)泡沫后獲得的孔隙是網(wǎng)眼型的。清華大學(xué)利用該方法制成了平均孔徑200～300μm,孔隙率在70%～80%的多孔羥基磷灰石。西安交通大學(xué)以羥基磷灰石粉、生物玻璃粉為料漿,硅溶膠

6、作溶劑和粘結(jié)劑,羥甲基纖維素為流變劑,制備出了孔徑為450～500μm,孔徑均勻、孔隙相連通的多孔生物活性復(fù)相陶瓷。佳木斯大學(xué)采用該方法以羥基磷灰石摻加少量生物玻璃(26%)制備出了孔徑200～400μm、孔隙率70%～80%、抗壓強(qiáng)度2MPa左右的多孔羥基磷灰石陶瓷。該法極為重要的步驟是有機(jī)泡沫體浸漬漿料的成形。有機(jī)泡沫浸漬料漿后,需除去多余漿料。在排除多余的漿料的同時(shí),又要保證漿料在網(wǎng)絡(luò)孔壁上分布均勻,減少堵孔。這是決定和優(yōu)化最終制品結(jié)構(gòu)均勻性和氣孔率以及力學(xué)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。3.3溶膠一凝膠工藝[3]溶膠一凝膠法主要用來制備微孔陶瓷材料,特別是微孔陶瓷薄膜。用鋁醇鹽水解制備多孔Al2O3薄

7、膜,用溶膠一凝膠法制備多孔SiO2材料。薛明俊等使用羥鋁吐加人適當(dāng)?shù)脑炜讋?控制溫度下,分析了溶膠一凝膠法制備Al2O3多孔陶瓷的氣孔率、氣孔分布。用有機(jī)硅凝膠,在惰性氣氛下熱分解的方法制取高比表面的多孔SiC陶瓷。在制取過程中,可選擇性到移去碳或硅來控制最后制品中碳與硅的含量、比表面孔徑及孔徑分布。如果有機(jī)硅在氧化性氣氛下熱分解,則得到的是SiO2多孔材料。第5頁（共5頁）3.4發(fā)泡工藝該工藝比