纤维构架空间制备氧化铝多孔陶瓷材料
浅谈氧化铝多孔陶瓷材料
浅谈氧化铝多孔陶瓷材料发布时间:2021-07-05T17:25:28.010Z 来源:《基层建设》2021年第10期作者:刘曼[导读] 摘要:氧化铝多孔陶瓷内部具有彼此相通或闭合的微孔或空洞,孔隙率较高,对液体和气体介质具有一定的选择透过性。
吉林建筑大学吉林省长春市 130117摘要:氧化铝多孔陶瓷内部具有彼此相通或闭合的微孔或空洞,孔隙率较高,对液体和气体介质具有一定的选择透过性。
由于氧化铝多孔陶瓷具有较低的热导率和固有的耐高温,耐腐蚀性质,亦可被用作炉门砖等耐高温场所。
本文对多孔材料及氧化铝陶瓷的研究进展及应用进行了介绍。
关键词:氧化铝;多孔陶瓷;研究;性能1引言随着我国工业技术和国民经济的迅猛发展,人口数量的不断增加,环境问题也日益突出。
大量的生活、生产废水的排放如印钞废水、活性染料印染废水、碱性废水、酸性废水、油田废水、乳化油废水、制药废水、食品废水等,对土壤、地表水、地下水等环境体系造成了严重的污染。
据统计,2001年全国废水排放总量达428亿吨,其中工业废水排放量201亿吨,占废水排放总量的46.8%;生活污水排放量228亿吨,占废水排放总量的53.2%。
据环境部门监测,全国城镇至少有万吨污水未经处理直接排入水体,使干净水遭到污染。
我国七大水系普遍受到污染。
全国1/3的水体不适宜鱼类生存,1/4的水体不适宜灌溉,90%的城市水域污染严重,50%的城镇水源不符合饮用水标准,40%的水源已不能饮用。
南方城市总缺水量60%-70%是由于水污染造成的。
多孔陶瓷是一种经高温烧成,体内具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料,它主要以气孔为主相。
与传统致密材料相比,多孔陶瓷材料表现出优异的性能。
例如,较低的热导率、较高的比表面积、较好的抗热震、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损及热稳定性等。
近年来,多孔陶瓷材料常作为吸声减震、气体液体过滤、隔热保温、催化剂载体、化学传感器、生物陶瓷元件广泛应用于建筑、环保、冶金、机械、医学、电化学、石油化工、交通运输、航空航天等领域[1]。
多孔陶瓷分类
多孔陶瓷分类一、简介多孔陶瓷是一种具有开放孔隙结构的陶瓷材料,它的孔隙率通常在20%到70%之间。
多孔陶瓷因其独特的结构和性能,在各个领域得到广泛应用。
根据其特性和用途的不同,多孔陶瓷可以分为多个不同的分类。
二、按用途分类1. 过滤陶瓷过滤陶瓷是多孔陶瓷的一种,其主要功能是过滤和分离固体颗粒、悬浮物或液体中的杂质。
过滤陶瓷具有高孔隙率和均匀的孔径分布,能够有效去除微小颗粒和胶体物质,广泛应用于水处理、环境保护和化工等领域。
2. 吸附陶瓷吸附陶瓷是一种具有较大表面积和丰富孔隙的多孔陶瓷材料。
它可以通过吸附和解吸的过程来吸附、分离和回收气体或液体中的有害物质。
吸附陶瓷广泛应用于空气净化、有机废气处理和催化剂载体等领域。
3. 保温陶瓷保温陶瓷是一种具有低热导率和良好绝缘性能的多孔陶瓷材料。
它能够有效隔热和保温,广泛应用于建筑、冶金和电子等领域,用于保护设备和提高能源利用效率。
4. 生物陶瓷生物陶瓷是一种具有良好生物相容性和生物活性的多孔陶瓷材料。
它可以用于修复骨组织和组织工程,广泛应用于医疗和生物科技领域。
三、按制备方法分类1. 泡沫陶瓷泡沫陶瓷是一种通过泡沫模板法制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括泡沫模板的制备、浆料的渗透和烧结等步骤。
泡沫陶瓷具有均匀的孔隙结构和较低的密度,广泛应用于隔热、过滤和吸附等领域。
2. 泡状陶瓷泡状陶瓷是一种通过发泡剂制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括发泡剂的添加、混合和烧结等步骤。
泡状陶瓷具有较大的孔隙率和均匀的孔径分布,广泛应用于过滤、吸附和催化等领域。
3. 模板法陶瓷模板法陶瓷是一种通过模板法制备的多孔陶瓷材料。
其制备过程包括模板的制备、浆料的注入和烧结等步骤。
模板法陶瓷具有可控的孔隙结构和孔径分布,广泛应用于分离、过滤和吸附等领域。
四、按材料分类1. 硅碳化陶瓷硅碳化陶瓷是一种以碳化硅为主要组分的多孔陶瓷材料。
它具有高温稳定性、耐腐蚀性和良好的机械性能,广泛应用于高温过滤、催化和磨料等领域。
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究摘要:氧化铝多孔陶瓷因其优良的化学稳定性、高温强度和机械性能被广泛应用于电子、石油、化工等领域。
本文基于氧化铝多孔陶瓷的制备方法和性能研究,综述了其制备工艺、表征方法以及性能研究的结果。
1. 引言氧化铝多孔陶瓷是由高纯度氧化铝粉末经过压制、烧结等工艺制备而成的一种陶瓷材料。
其孔隙结构使其具有较大的比表面积和孔隙率,从而使其具备了优异的吸附性能和渗透性能。
氧化铝多孔陶瓷被广泛应用于催化、过滤、电子以及化工等领域。
2. 制备方法氧化铝多孔陶瓷的制备方法包括模板法、发泡法、溶胶-凝胶法等。
模板法主要通过使用模板材料,在烧结过程中得到孔隙结构;发泡法则采用制泡剂,在高温下产生气泡形成多孔结构;溶胶-凝胶法则通过溶胶的凝胶过程形成多孔陶瓷。
其中,模板法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较大的孔隙直径和均匀的孔隙分布,具有较好的热稳定性;发泡法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较小的孔隙直径和较大的孔隙率,具有较好的过滤性能;溶胶-凝胶法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较高的比表面积和孔隙率,具有较好的吸附性能。
3. 表征方法氧化铝多孔陶瓷的性能主要通过其孔隙结构、比表面积等参数进行表征。
通常采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪、压汞法等方法对其进行表征。
SEM能够直观地观察到其孔隙结构形貌,并且可以进行孔径分布的分析;比表面积分析仪则能够测量其比表面积,通过比表面积与孔隙率的关系推导出其孔隙结构参数;压汞法则能够通过测量其对气体的吸附能力来计算出其孔隙分布和孔径大小。
4. 性能研究氧化铝多孔陶瓷的性能研究主要包括孔隙结构对吸附和过滤性能的影响,以及化学稳定性、机械性能等方面的研究。
孔隙结构对吸附和过滤性能的影响可以通过调节制备方法来实现,如改变模板材料、制泡剂的种类和用量等;化学稳定性的研究可以通过浸泡在不同溶液中来验证其抗化学侵蚀性能,并通过SEM等表征手段来观察其表面形貌的变化;机械性能的研究可以通过测量其抗压强度、硬度等参数来评估。
高性能多孔陶瓷材料的制备与性能优化
高性能多孔陶瓷材料的制备与性能优化多孔陶瓷材料是一种在工业领域中被广泛使用的材料,它具有轻质、高强度、高温稳定性和良好的化学稳定性等优势。
然而,传统的制备方法往往无法获得高性能的多孔陶瓷材料,因此,开发新的制备方法并优化其性能成为了当前研究的热点之一。
为了制备高性能的多孔陶瓷材料,研究人员采用了多种方法和工艺。
其中之一是模板法。
模板法通过使用不同类型的模板,如碳纳米管、纳米颗粒等,来控制陶瓷材料的孔隙结构和形貌。
这种方法不仅可以获得特定尺寸和形状的孔隙,还可以控制陶瓷材料的疏水性和亲水性。
另一种制备方法是溶胶-凝胶法。
这种方法通过将溶胶转化为凝胶,并利用凝胶的特殊结构来形成孔隙结构。
这种方法具有制备高孔隙率和大孔隙尺寸多孔陶瓷材料的优势。
在制备多孔陶瓷材料的同时,研究人员还在不断寻求性能的优化方法。
一种常用的方法是通过控制孔隙结构和孔隙分布来改善多孔陶瓷材料的强度和韧性。
例如,通过调整孔隙的尺寸和形状,可以增加陶瓷材料的承载能力和耐久性。
另外,添加一定量的增强剂,如纤维材料或金属颗粒,可以进一步提高多孔陶瓷材料的韧性和强度。
此外,表面修饰也是一种常用的方法。
通过在多孔陶瓷材料表面修饰一层功能性薄膜,可以增加材料的疏水性或亲水性,提高材料的稳定性和耐腐蚀性。
除了上述方法外,还有其他一些新颖的方法被用于制备高性能的多孔陶瓷材料。
一种是生物仿生法。
生物仿生法通过模仿自然界中生物体上的结构和功能,制备具有特定性能的多孔陶瓷材料。
例如,在蒙古包蜂窝的形状和结构上进行仿生,可以得到具有优异隔音性能的多孔陶瓷材料。
另一种方法是利用现代纳米技术。
纳米技术可以制备出具有纳米级孔隙和纳米级颗粒的陶瓷材料,其力学性能和热传导性能得到了显著提高。
这种方法在高温热电器件和微观流体传感器等领域具有广阔的应用前景。
此外,随着材料科学研究的不断发展,理论计算方法也被广泛应用于多孔陶瓷材料的制备和性能优化中。
通过建立模型和进行模拟计算,可以揭示材料内部孔隙结构、力学性能和热传导性能等的微观机制。
氧化铝多孔陶瓷的研究
氧化铝多孔陶瓷的研究发布时间:2021-01-25T08:26:56.766Z 来源:《防护工程》2020年29期作者:张骜[导读] 应用范围极广,因此,氧化铝多孔陶瓷的研究与发展也就受到了越来越多的关注。
吉林建筑大学吉林省长春市 130117摘要:氧化铝多孔陶瓷是一种兼具氧化物陶瓷的耐高温、耐腐蚀,同时又继承率多孔结构的比表面积大、热导率低的优势的一种复合材料,具有极高的经济价值和生态价值。
本文通过对氧化铝多孔陶瓷的制备技术进行相应的介绍,并对具体的技术的优劣进行一定的分析,最后对氧化铝多孔陶瓷的应用前景和未来发展进行了展望。
关键词:氧化铝多孔陶瓷;成型工艺;烧结工艺;应用引言:氧化铝多孔陶瓷是将氧化铝作为基体,在成型或者高温烧结的过程中,通过助剂的作用形成陶瓷内部的相互贯通或者闭合的孔洞结构,进而形成了氧化铝多孔陶瓷。
由于氧化铝多孔陶瓷兼具了氧化物陶瓷的耐高温、耐腐蚀,同时又继承率多孔结构的比表面积大、热导率低的优势[1]。
因此,氧化铝多孔陶瓷十分符合当前节能减排的绿色理念。
同时,从生产过程来看,氧化铝多孔陶瓷的制作上成本低、工艺简单,是一种经济效益高的材料。
从应用前景上看,净化分离、吸声减震等众多的领域都能看到氧化铝多孔陶瓷的身影,应用范围极广,因此,氧化铝多孔陶瓷的研究与发展也就受到了越来越多的关注。
1氧化铝多孔陶瓷的概述氧化铝多孔陶瓷在晶体结构上是比较丰富的,就目前已知的就有十二种以上,其中的α性氧化铝和γ性氧化铝是人们最常见和最熟悉的两种晶体形式[2]。
就其晶体的稳定性而言,α性氧化铝的稳定性最高的,其他的均属于不稳定的过渡晶型。
同时除了硬性高,氧化铝多孔陶瓷在力学性能上也表现不俗。
根据相关的研究表明,氧化铝多孔陶瓷在热性能以及耐蚀性上都有良好的表现。
2氧化铝多孔陶瓷的制备技术2.1采用添加造孔剂的方法制备氧化铝多孔陶瓷所谓的添加造孔剂法就是指,在生胚的制作过程加入固态的造孔剂,再通过烧结将造孔剂去除,而使得陶瓷形成孔状结构,这一方面在具体的操作过程中,要注意以下两点,第一也是最重要的一点就是造孔剂的种类和数量。
陶瓷纤维的制备工艺流程
陶瓷纤维的制备工艺流程下载温馨提示: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。
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纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺
纤维增强陶瓷基复合材料的制备工艺纤维增强陶瓷基复合材料因其卓越的力学性能和高温稳定性而在航空航天、汽车、能源等领域得到广泛应用。
制备这种复合材料的方法有很多,以下是其中几种常见的制备工艺:一、预制法预制法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法,其基本步骤包括制备增强纤维预制体、浸渍陶瓷基体材料和烧结或热压等。
在预制法中,增强纤维预制体的制备是关键步骤之一。
根据所需的形状和尺寸,可以采用不同的编织技术,如机织、针织、非织造等方法制成预制体。
增强纤维的选择也至关重要,常用的有玻璃纤维、碳纤维、氧化铝纤维等。
浸渍陶瓷基体材料是将增强纤维预制体浸入陶瓷基体溶液中,使其均匀涂覆在纤维表面。
这一步可以借助浸渍、涂刷或喷涂等方法实现。
陶瓷基体材料的选择应与增强纤维相容,并具有高温稳定性、良好的力学性能和化学稳定性。
最后一步是烧结或热压,通过控制温度和压力,使陶瓷基体与增强纤维紧密结合在一起,形成致密的复合材料。
烧结或热压的条件应根据陶瓷基体和增强纤维的特性进行选择,以确保最佳的结合效果。
预制法的优点在于可以制备形状复杂的复合材料,适用于制备大型部件。
同时,增强纤维预制体的可设计性较高,可以根据实际需求调整纤维的排列和密度,从而优化复合材料的性能。
然而,预制法也存在一些局限性,如增强纤维预制体的制备较为复杂,且陶瓷基体与增强纤维之间的界面结合强度可能较低。
为了提高预制法纤维增强陶瓷基复合材料的性能,可以采取一些措施,如优化增强纤维预制体的制备工艺、选择合适的陶瓷基体材料和优化烧结或热压条件等。
此外,对界面进行改性处理也是提高复合材料性能的有效途径,如采用偶联剂、涂层等方法改善界面结合强度。
二、直接法直接法是一种将增强纤维直接混合到陶瓷基体中的制备工艺。
直接法是一种制备纤维增强陶瓷基复合材料的方法,其基本原理是将增强纤维直接与陶瓷基体材料混合在一起,然后通过热压或注射成型等方法制成复合材料。
在直接法中,首先将增强纤维(如碳纤维、玻璃纤维等)与陶瓷粉末混合在一起,形成均匀的混合物。
多孔陶瓷分类
多孔陶瓷分类
多孔陶瓷可以根据其制备方法、孔隙结构和应用领域进行分类。
1. 制备方法分类:
烧结陶瓷:通过烧结过程制备的陶瓷材料,常见的有氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等。
沉积陶瓷:通过沉积技术,在基底上沉积形成孔隙结构的陶瓷材料,如溅射沉积、化学气相沉积等。
2. 孔隙结构分类:
开放孔隙结构:具有连通的大孔隙,适合液体渗透和气体传导,常见的有泡沫陶瓷。
封闭孔隙结构:孔隙之间没有明显连通,主要用于隔热、隔音等特殊应用,常见的有陶瓷纤维板材。
3. 应用领域分类:
过滤器材料:用于固液分离、气固分离等领域,如陶瓷膜、陶瓷过滤器。
催化剂载体:用于催化反应的固体载体,提供大的表面积和多孔结构,常见的有沸石陶瓷、氧化铝陶瓷等。
生物医用材料:用于人工骨骼、牙科修复等领域,如生物陶瓷、骨增生陶瓷等。
需要注意的是,具体的多孔陶瓷材料还可以进一步根据其化学成分和物理性质进行分类,上述分类仅为一般性的介绍。
多孔陶瓷的原材料
多孔陶瓷的原材料多孔陶瓷是一种具有独特性质和广泛应用的材料,它的制备过程涉及多种原材料。
下面将介绍一些常用的多孔陶瓷原材料以及它们的特点和用途。
1. 粘土类原材料粘土是制备多孔陶瓷的主要原材料之一。
它具有良好的塑性和可塑性,可以通过造型、压制、挤压等方式成型。
常见的粘土有陶瓷粘土、腐殖土等。
粘土在高温下可以发生烧结,形成致密的陶瓷结构,同时也可以通过控制烧结温度和时间来实现多孔结构的形成。
2. 氧化铝类原材料氧化铝是一种重要的多孔陶瓷原材料,具有优异的耐高温性能和化学稳定性。
它可以通过高温烧结制备成具有高度孔隙率和均匀孔径分布的多孔陶瓷材料。
氧化铝多孔陶瓷广泛应用于过滤、吸附、电池隔膜等领域。
3. 硅酸盐类原材料硅酸盐是一类主要由硅酸根离子和金属阳离子组成的化合物,包括石英、长石、云母等。
硅酸盐具有良好的耐热性和耐腐蚀性,是制备多孔陶瓷的重要原材料之一。
硅酸盐多孔陶瓷具有较高的孔隙率和较大的比表面积,广泛应用于过滤、吸附、催化等领域。
4. 碳材料碳材料是一种常用的多孔陶瓷原材料,包括活性炭、炭纤维等。
碳材料具有良好的吸附性能和导电性能,可以通过炭化、烧结等方式制备成多孔陶瓷。
碳材料多孔陶瓷广泛应用于电池、催化剂载体等领域。
5. 金属类原材料金属类原材料如铝、镁等也可以用于制备多孔陶瓷。
这种多孔陶瓷通常具有较高的强度和良好的导热性能,广泛应用于过滤、隔热等领域。
以上是一些常见的多孔陶瓷原材料,它们各具特点,在多孔陶瓷的制备过程中发挥着不可替代的作用。
通过合理选择和组合这些原材料,可以制备出具有不同孔隙度、孔径分布和力学性能的多孔陶瓷,满足不同领域的需求。
同时,随着科技的进步和材料工程的发展,新型多孔陶瓷原材料的不断涌现也为多孔陶瓷的应用拓宽了新的领域。
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料
连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料随着科技的不断进步,复合材料的应用越来越广泛。
在各种领域中,复合材料都具有很高的应用价值。
其中,连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是一种很有潜力的材料,具有杰出的性能特点。
本文将深入探讨这种复合材料的结构特点、制备工艺、性能表现等方面,希望能够帮助读者更好地了解连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料。
一、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的结构特点连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料是以氧化铝纤维为增强相,陶瓷基体为基体相,通过一定的工艺方法将两者复合而成的一种复合材料。
这种材料的最大特点就是氧化铝纤维是连续排列的,使得整个材料的增强效果更加显著。
同时,陶瓷基体又具有很高的硬度和抗压性,使得整个复合材料具有很好的综合性能。
二、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的制备工艺1.原料准备制备这种复合材料需要准备氧化铝纤维、陶瓷基体原料,同时还需要一些添加剂来提高复合材料的成型性能和性能表现。
2.工艺流程首先,将氧化铝纤维按照一定的比例进行排列,然后将陶瓷基体原料和添加剂混合搅拌均匀。
接着,将混合好的陶瓷基体原料浇注到氧化铝纤维上,并通过加压成型的方法将两者紧密结合在一起。
最后,进行烧结处理,使得整个材料具有更好的力学性能和热稳定性。
三、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的性能表现1.力学性能由于氧化铝纤维的连续排列和陶瓷基体的高硬度,使得整个复合材料具有很高的抗拉强度和抗压强度。
在一些高温高压的环境下,其力学性能表现尤为突出。
2.热稳定性氧化铝纤维和陶瓷基体都具有很好的热稳定性,因此整个复合材料在高温环境下也能够保持良好的性能表现。
这使得这种材料在航空航天、核工业等领域具有很大的应用潜力。
3.耐磨性能由于陶瓷基体的高硬度,使得整个复合材料具有很好的耐磨性能。
在一些对磨损要求较高的场合,这种材料也能够发挥出很好的作用。
四、连续氧化铝纤维增韧陶瓷基复合材料的应用前景由于其显著的性能优势,这种复合材料在航空航天、核工业、汽车制造等领域都具有很广阔的应用前景。
多孔陶瓷材料制备工艺技术
多孔陶瓷材料制备工艺技术多孔陶瓷材料是一种具有均匀开放孔隙结构的陶瓷材料,具有低密度、高比表面积和优良的渗透性等优点,广泛应用于过滤、吸附、催化和传热等领域。
多孔陶瓷的制备工艺技术涉及研磨、成型、烧结和后处理等环节。
首先,研磨是多孔陶瓷制备的第一步。
研磨是将原料进行粉碎、混合和混合的过程,以获得细粉末和均匀的化学组成。
常用的研磨方法有球磨法和振动磨法。
球磨法通过将原料粉末与高硬度的球体一起放入球磨罐中,在球磨罐内进行摩擦和撞击,从而达到粉碎原料的目的。
振动磨法则是通过振动磨碎机将原料粉末放入磨碎机中进行高频振动,使原料粉末相互碰撞和摩擦,从而实现研磨的效果。
其次,成型是多孔陶瓷制备的关键步骤之一。
常用的成型方法有压制成型、注塑成型和糊状注模成型。
压制成型是将研磨后的粉末放入成型模具中,在高压下进行压制,使粉末形成固体状。
注塑成型是将研磨后的粉末与有机物料混合均匀,然后通过注射设备将混合物注射到成型模具中,在高温条件下固化形成固体。
糊状注模成型是将研磨后的粉末与粘结剂混合均匀,然后将混合物倒入成型模具中,经过一段时间的自由降落,使粉末粘结成固体。
再次,烧结是多孔陶瓷制备的重要步骤。
烧结是将成型好的陶瓷体加热到高温,使其发生化学反应或表面扩散,从而实现颗粒间的结合,形成坚固的陶瓷材料。
常用的烧结方法有氧化铝烧结、碳化硅烧结和氮化硅烧结等。
在烧结过程中,需要控制烧结温度、时间和烧结气氛等参数,以确保烧结过程的顺利进行。
最后,多孔陶瓷材料的后处理是为了提高其性能和应用范围。
常见的后处理方法有烧结致密化、涂层和掺杂等。
烧结致密化是在烧结后将陶瓷材料进行再烧结,以增加其致密度和强度。
涂层是在多孔陶瓷材料的表面涂覆一层特殊材料,以改善其表面特性和改变其使用性质。
掺杂是在多孔陶瓷材料中加入其他元素或化合物,以改变其特性和功能。
综上所述,多孔陶瓷材料的制备工艺技术包括研磨、成型、烧结和后处理等环节。
通过科学控制每个环节的工艺参数,可以获得具有良好孔隙结构和优良性能的多孔陶瓷材料。
多孔材料有哪些
多孔材料有哪些多孔材料是一类具有开放孔隙结构的材料,其具有较大的比表面积和较高的孔隙率,广泛应用于吸附、分离、过滤、催化等领域。
多孔材料种类繁多,下面将就常见的多孔材料进行介绍。
一、多孔陶瓷材料。
多孔陶瓷材料是一种常见的多孔材料,其具有优良的耐高温、耐腐蚀性能,常用于化工、冶金等领域。
多孔陶瓷材料主要包括氧化铝陶瓷、硅碳化陶瓷、氧化锆陶瓷等,具有较高的比表面积和较好的热稳定性。
二、多孔聚合物材料。
多孔聚合物材料是一种轻质、柔韧的多孔材料,具有良好的吸附性能和机械性能,常用于声学、过滤等领域。
多孔聚合物材料主要包括泡沫塑料、多孔膜材料、多孔纤维材料等,具有较大的孔隙率和较好的可塑性。
三、多孔金属材料。
多孔金属材料是一种具有优良导热性能和机械性能的多孔材料,广泛应用于催化、过滤、隔热等领域。
多孔金属材料主要包括泡沫金属、多孔板材、多孔纤维金属等,具有较高的比表面积和较好的导热性能。
四、多孔玻璃材料。
多孔玻璃材料是一种具有优良的光学性能和化学稳定性的多孔材料,常用于光学、传感等领域。
多孔玻璃材料主要包括泡沫玻璃、多孔玻璃纤维等,具有较好的透光性和较高的化学稳定性。
五、多孔碳材料。
多孔碳材料是一种具有优良的导电性能和化学稳定性的多孔材料,常用于电化学、储能等领域。
多孔碳材料主要包括活性炭、碳纳米管泡沫、多孔碳纤维等,具有较大的比表面积和较好的导电性能。
六、其他多孔材料。
除了上述常见的多孔材料外,还有一些其他类型的多孔材料,如多孔陶瓷复合材料、多孔生物材料等,它们在特定领域具有独特的应用价值。
综上所述,多孔材料种类繁多,各具特点,广泛应用于吸附、分离、过滤、催化等领域,对于提高材料性能和实现特定功能起着关键作用。
在未来的发展中,随着材料科学的不断进步,相信多孔材料将会有更广阔的应用前景。
多孔陶瓷材料
多孔陶瓷材料
多孔陶瓷材料是一种具有开放孔隙结构的陶瓷材料,通常由氧化铝、氧化锆、氧化硅等材料制成。
由于其具有良好的化学稳定性、高温稳定性、机械强度和热震稳定性,因此在许多领域得到了广泛的应用。
首先,多孔陶瓷材料在过滤领域具有重要的应用。
由于其具有均匀的孔隙结构和高比表面积,可以用于固体颗粒、液体或气体的过滤和分离。
在工业上,多孔陶瓷材料常常用于水处理、化工、医药等领域,起到了重要的过滤和净化作用。
其次,多孔陶瓷材料还被广泛应用于催化剂载体。
由于其具有高比表面积和良好的化学稳定性,可以作为催化剂的载体,用于各种化学反应的催化作用。
例如,在汽车尾气处理中,多孔陶瓷材料被用作三元催化剂的载体,起到了净化废气的作用。
另外,多孔陶瓷材料还在生物医药领域得到了广泛的应用。
由于其具有良好的生物相容性和孔隙结构,可以用于骨修复材料、人工关节、牙科材料等方面。
在组织工程和再生医学领域,多孔陶瓷材料也扮演着重要的角色。
总的来说,多孔陶瓷材料具有广泛的应用前景,在环保、能源、医疗等领域都有着重要的作用。
随着科学技术的不断发展,相信多孔陶瓷材料在未来会有更广阔的发展空间。
高钛矿渣-微硅粉协同制备多孔陶瓷的孔结构调控
第38卷 第1期 2023年3月 西 南 科 技 大 学 学 报 JournalofSouthwestUniversityofScienceandTechnology Vol.38No.1 Mar.2023DOI:10.20036/j.cnki.1671 8755.2023.01.002收稿日期:2022-03-08;修回日期:2022-04-26作者简介:第一作者,杨益,男,硕士研究生,E mail:962399907@qq.com;通信作者,刘来宝,博士,教授,研究方向为高性能混凝土,E mail:liulaibao@swust.edu.cn高钛矿渣-微硅粉协同制备多孔陶瓷的孔结构调控杨 益 刘来宝(西南科技大学材料与化学学院 四川绵阳 621010)摘要:为提升高钛矿渣和微硅粉资源化利用率,以高钛矿渣、微硅粉、氧化铝和氧化镁为原料,通过高温固相法制备多孔陶瓷,研究了高钛矿渣掺量及烧成制度对多孔陶瓷的孔结构和物理性能的影响。
结果表明:高钛矿渣掺量(质量分数)从25%增加到40%,孔隙率从72.6%下降到33.2%;烧成温度从1200℃升至1310℃,孔隙率从5.0%增加到62.3%;保温时间从30min升至8h,孔隙率在60%附近变化,对孔结构调控影响相对较小。
高钛矿渣掺量为25%、烧成温度为1250℃、保温2h的多孔陶瓷性能最佳,吸水率为2.13%,体积密度为1.15g/cm3,孔隙率为72.6%。
高钛矿渣掺量、烧成温度和保温时间可有效调控多孔陶瓷的孔隙率、体积密度和吸水率,实现对多孔陶瓷的孔结构调控。
关键词:高钛矿渣 微硅粉 多孔陶瓷 孔结构 烧成温度 保温时间中图分类号:TU528 04 文献标志码:A 文章编号:1671-8755(2023)01-0008-07PoreStructureRegulationofPorousCeramicsSynergisticallyPreparedbyHighTitaniumSlagandMicroSiliconPowderYANGYi,LIULaibao(SchoolofMaterialsandChemistry,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,Mianyang621010,Sichuan,China)Abstract:Toenhancetheresourceutilizationofhightitaniumslagandmicrosiliconpowder,porousce ramicswerepreparedbyhightemperaturesolidphasemethodusinghightitaniumslag,microsiliconpow der,aluminumoxideandmagnesiumoxideasrawmaterials.Theeffectsofhightitaniumslagcontentandsinteringsystemontheporestructureandphysicalpropertiesofporousceramicswerestudied.Theresultsshowthatasthecontentofhightitaniumslag(massfraction)increasesfrom25%to40%,theporositydecreasesfrom72.6%to33.2%.Withthesinteringtemperaturerisingfrom1200℃to1310℃,theporosityincreasesfrom5.0%to62.3%.Astheholdingtimeincreasesfrom30minto8h,theporositychangesaround60%,indicatingthattheholdingtimehaslittleinfluenceontheporestructureregulation.Theporousceramicswithhightitaniumslagcontentof25%,sinteringtemperatureof1250℃,andholdingtimeof2hhavethebestperformance,andtheirwaterabsorption,volumedensityandporosityare2.13%,1.15g/cm3and72.6%,respectively.Theamountofhightitaniumslag,sinteringtemperatureandholdingtimecaneffectivelyregulatetheporosity,volumedensityandwaterabsorptionofporousceramics,andrealizethecontrolofporousceramicsontheporestructure.Keywords:Hightitaniumslag;Microsiliconpowder;Porousceramics;Porestructure;Sinteringtemper ature;Holdingtime 多孔陶瓷具有质量轻、孔隙率高、热导率低等诸多优点,在国防、化工、建筑等行业广泛应用[1-4]。
【精品文章】氧化铝纤维的制备及应用简介
氧化铝纤维的制备及应用简介
上世纪五六十年代,传统的无机纤维材料开始应用于各个领域,其主要代表纤维为天然石棉,但在实用中发现,这种天然纤维会致癌的,所以不再受人们的重视,研发生态环境友好型高性能纤维成为人们的首要选择。
高性能无机纤维近几十年来开始发展较为迅速,主要是指碳纤维、硼纤维、碳化纤维和氧化铝纤维,主要用于树脂、金属和陶瓷基体的增强,由于它们高的比强度和比弹性模量,使得复合材料具有比纯金属更优异的物理性能,其复合材料在军事、空间技术等方面发挥着不可替代的作用。
1. 氧化铝纤维的简介
氧化铝纤维主要成分为Al2O3,有的还含有SiO2和B2O3等金属氧化物成分,是一种高性能的无机纤维。
与碳纤维、碳化硅纤维等非氧化物纤维相比,氧化铝纤维具有高强度、超常的耐热性和耐高温氧化性的优点,可以在更高温度下保持很好的抗拉强度,长期使用温度在1450-1600℃;而且表面活性好,易与树脂、金属、陶瓷基体复合,形成诸多性能优异、应用广泛的复合材料;同时还具有热导率小、热膨胀系数低等优点。
氧化铝纤维一直被认为是最具有潜力的高温材料。
图1 多晶氧化铝纤维和氧化铝短纤维
由于具有优异的性价比和巨大的商业价值,氧化铝纤维正吸引着世界上许多发达国家投入大量的时间和精力去研制、开发与利用。
与国际先进水平相比,我国研究开发氧化铝纤维起步较晚,基础理论研究和实验技术水平与国外还存在大差距。
制备可纺性好、连续性强、缺陷少的氧化铝长纤维成为当今我国氧化铝纤维制备方面急需解决的问题。
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· 138 ·2018 年 4 月Journal of CeramicsV ol.39 No.2Apr. 2018第 39 卷 第 2 期2018 年 4 月DOI:10.13957/ki.tcxb.2018.02.004纤维构架空间制备氧化铝多孔陶瓷材料郎 莹 1,魏红康 1,赵 林 1,汪长安 2,赵文燕 1,田传进 1,戴 昕1(1. 景德镇陶瓷大学,国家日用及建筑陶瓷工程技术研究中心,江西 景德镇 333001;2. 清华大学 材料学院新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室,北京 100084)摘 要:为协调解决多孔氧化铝陶瓷的孔隙率与强度之间的矛盾,本文采用氧化铝纤维构架了多孔陶瓷的空间结构,研究了烧结助剂、烧结温度对材料压缩强度和气孔率的影响。
结果表明,与水玻璃,莫来石作为助烧结剂不同的是,1wt .%氧化镁利用能润湿氧化铝的高温液相,可均匀的分布于氧化铝纤维表面,促进氧化铝纤维的粘结,形成空间立体框架结构。
经1500 ℃烧结,可以得到气孔率高达77%,压缩强度为5.4 MPa的多孔氧化铝陶瓷。
关键词:多孔陶瓷材料;纤维;凝胶-注膜中图法分类号:TQ174.75 文献标识码: A 文章编号:1000-2278(2018)02-0138-05Preparation of Porous Ceramic Materials by Alumina Fiber FrameworkLANG Ying 1, WEI Hongkang 1, ZHAO Lin 1, WANG Chang'an 2, ZHAO Wenyan 1, TIAN Chuanjin 1, DAI Xin1(1. Jingdezhen Ceramic Institute, National Engineering Research Center for Domestic & Building Ceramics, Jingdezhen 333001,Jiangxi, China; 2. Key Laboratory of New Ceramics and Fine Processing, School of Materials Science and Engineering,Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract:Alumina porous alumina ceramics with high porosity were prepared by gel casting method, and the effects of sintering aids andsintering temperature on the compressive strength and porosity were studied. The results showed that when 1wt.% Magnesium Oxide was used as sintering aid, Magnesium Oxide was uniformly distributed in the sample, which promoted the sintering of alumina fiber. When the sintering temperature was 1500 ℃, the porous alumina ceramics could be obtained with porosity of 77%, volume density of 0.84 g/cm 3 and compression strength of 5.4 MPa.Key words:porous ceramics; fiber; gel-casting 多孔陶瓷材料的特点是具有比表面积高,低密度,耐高温,热导率低等,因此在生产和生活当中得到广泛应用。
然而在将多孔陶瓷在使用时,还存在一些问题,比如在保持高气孔率的情况下,其强度还有待于进一步提高;多孔陶瓷材料的气孔率有待于进一步增加等。
目前为了追求高气孔率,在制备较大尺寸多孔陶瓷材料时,由于材料的多孔骨架结构较弱,无法抵抗坯体干燥和烧结过程中收缩造成的应力,往往在坯体的干燥和烧结过程中容易出现开裂现象,因此避免这种现象,还需要进一步去解决。
多孔陶瓷材料在使用叔丁醇基的凝胶-注模工艺制备时,其内部颗粒分布均匀,颗粒间呈3-D网络结构连接在一起,气孔尺寸小,强度往往高于相同气孔率的其它工艺制备的多孔陶瓷材料,因此,是一种较理想的制备多孔陶瓷材料的工艺[1-8]。
但是随着样品制备过程中固含量的减少,坯体的干燥和烧结过程中伴随着非常大的收缩,使样品变形和开裂。
现在普遍采用加入高强度纤维的方式对多孔陶瓷材料进行增强[9-12],加入纤维可以减少样品的收缩,并使样品的开裂现象有一定的减少。
但是纤维增强的主体毕竟是陶瓷颗粒,陶瓷颗粒在干燥和烧结过程中的收缩仍然无法很好的抑制。
本文尝试采用纯粹的陶瓷纤维构架空间制备高气孔率的多孔陶瓷材料。
同体积球形颗粒的最密堆积密度是74.05%,因此在烧结过程中,表面的液相会促使陶瓷颗粒克服摩擦力向最密堆积的方向运Received date:2017-04-12. Revised date:2017-06-27.Correspondent author:LANG Ying(1977-), male, Ph.D., Lecturer.E-mail:ylang1977@收稿日期:2017-04-12。
修订日期:2017-06-27。
基金项目:清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室开放课题(KF201610);江西省科技厅面上项目(GJJ160889);景德镇市科技局项目 (20161GYZD011-018)。
通信联系人:郎莹(1977-),男,博士,讲师。
· 139 ·第 39 卷 第 2 期动。
而陶瓷纤维长径比很高,它的最密堆积密度就非常低,因此用陶瓷纤维取代陶瓷颗粒制备多孔陶瓷材料时,当纤维堆积密度为10%左右的时候,已经是纤维的最密堆积方式了,此时的烧结并不能使样品收缩。
同时纤维可以起到骨架支撑作用,在坯体的干燥收缩过程中,应力可以传导到纤维上,使纤维附近的颗粒所受应力均匀化,从而缓解了裂纹的生长和新裂纹的产生。
纯粹的氧化铝纤维很难烧结成功,而过高的烧结温度也会损坏纤维的结构[13],因此本文以氧化铝纤维构架空间制备多孔陶瓷材料,同时分别加入水玻璃、氧化镁、莫来石作为烧结助剂和黏合剂,在不同温度下烧结,测量气孔率和线性收缩率、压缩强度,观察微观结构,结果表明采用氧化镁作为烧结助剂时,可以得到高气孔率、高强度的多孔陶瓷材料。
1 实 验1.1 样品制备本论文中的样品采用叔丁醇基的凝胶-注模制备工艺,其过程如下:首先是将叔丁醇85wt.%,丙烯酰胺14.5wt.%以及N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5wt.%按比例混合搅拌,得到均匀混合的预混液。
然后将10%体积分数的氧化铝纤维(浙江欧诗漫公司)和其它固相按实验方案加入到预混液中,然后在行星球磨机中球磨30 min(转速350 r/min)。
球磨后的浆料加入催化剂(过硫酸铵)和引发剂(四甲基乙二胺),在真空状态下搅拌混合均匀后,倒入模具中。
将装有浆料的模具置于50 ℃烘箱环境下,浆料中的单体,交联剂在催化剂和引发剂的作用下会发生聚合反应,溶胶凝胶化,在固化时间10 h后,进行脱模,将坯体和模具分离,再置于室温下干燥36 h,最后在50 ℃烘箱环境中干燥24 h,使坯体中的液相醇挥发完毕。
将充分干燥的坯体放置于烧结炉中烧结。
坯体样品先在500 ℃保温2 h,让有机物充分分解,然后继续升温到设定的实验烧结温度,于烧结温度保温2 h后,样品随炉冷却。
将样品切割成10 mm×10 mm×10 mm的方块,测量压缩强度。
1.2 表 征样品的气孔率是以样品的密度和氧化铝密度的比值进行计算,即:其中, 是氧化铝的密度, 是样品的密度。
样品的压缩强度是用中国建筑材料科学研究总院生产的DZS-Ⅲ硬脆材料试验仪进行检测。
采用日本株式公司生产的JSM-6700场发射扫描电子显微镜及附带的能谱仪观察样品的微观结构和元素分布。
2 结果与讨论2.1 样品收缩率为了将氧化铝纤维烧结,本文尝试了3种实验方案烧结氧化铝纤维。
方案1加入水玻璃是希望高温烧结后,水玻璃分解产生的SiO2可以粘结氧化铝纤维;方案2加入MgO,方案1、2中加入淀粉是因为干燥过程中样品往往会有很大收缩,所以淀粉可以起到干燥时支撑样品的作用;方案3加入莫来石和MgO是希望莫来石的烧结收缩可以促进氧化铝纤维的粘合。
这三种实验方案制备的样品坯体,干燥后分别在1400 ℃、1450 ℃、1500 ℃、1550 ℃烧结,其中方案1加入水玻璃的样品在低温(1400 ℃、1450 ℃)烧结的样品未成型,无法测量其属性,剩余样品的性质分别在下面进行讨论。
测量初始模具的尺寸,以及干燥后坯体和1500 ℃烧结后的样品直径,得到样品的线性收缩率变化如图1所示。
干燥后三种方案得到的样品线性收缩率都在11%左右。
烧结后的样品线性收缩率进一步增加,方案2含有1wt.% MgO + 4wt.%淀粉的样品收缩率最高,达到24%,方案1和方案3的样品收缩率都为21%左右。
方案1、2、3的样品在干燥和烧结过程中都没有23(100100)%sampleAl OPρρ=−×图1 三种方案下样品在干燥和1500 ℃烧结后的线性收缩率Fig.1 Linear shrinkage of the samples with 3 plans after drying and after sintering at 1500 ℃ for 2 hour23Al Oρsampleρ(1)+ 0.5% MgO+ 4% starch+ 4% starchLinearshinkage(%)郎莹 等:纤维构架空间制备氧化铝多孔陶瓷材料· 140 ·2018 年 4 月明显地变形和开裂。
因此在以纤维构架空间制备多孔陶瓷时,可以有效地避免陶瓷坯体干燥和烧结过程中的变形和开裂现象。
2.2 压缩强度和气孔率 样品的气孔率变化如图2(a)所示,加入1wt .%水玻璃 + 4wt .%淀粉的样品,气孔率在1500 ℃和1550 ℃变化很小,都在79%左右;而加入 1wt .% MgO + 4wt .%淀粉的样品气孔率随烧结温度的升高线性下降,由1400 ℃的85%下降到1550 ℃的74%;加入4.5wt .%莫来石 + 0.5wt .% MgO的样品,在1400 ℃-1500 ℃的烧结温度内,气孔率变化不大,都在80%左右,而当烧结温度在1550 ℃时,样品的气孔率突然从79%下降到70%。