多孔氧化铝陶瓷的研究进展
海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷
海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷孙阳;薛伟江;孙加林;周国治;黄勇【摘要】利用海藻酸钠的离子凝胶过程,采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺,成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷,整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。
研究结果表明,1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200μm左右,且与固相含量的关系不大,而孔壁上存在0.3μm~0.5μm的小孔。
通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控,研究表明,随着固相含量从5wt%提高到15wt%,材料的密度从0.87 g/cm3提高到1.16 g/cm3,渗透率从2.57×10-11m2下降到2.16×10-11m2,而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa,平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K),而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K),并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。
%Alumina ceramic bodies with high porosity characterized by highly ordered and unidirectional oriented pores were successfully fabricated using the ionotropic process of sodium alginate by solvent exchange subsequently with freeze-drying. It is important to point out that the whole process and raw materials are eco-fr iendly. The average unidirectional pore size of samples sintered at 1500℃ for 2 h is 200μm with minor porosity in the pore walls with average pore size of 0.3-0.5μm. The properties of samples can be adjusted by controlling the solid loading in slurry. As the solid loading increasing from 5wt% to15wt%, the density and compressive strength increased from 0.87 g/cm3 to 1.16 g/cm3 and from (18.9±3.2) MPa to (44.2±5.4) MPa, respectively with permeability de-creasing from 2.57×10-11m2 to 2.16×10-11m2. Inaddition, with the solid loading increasing from 5wt% to 15wt%, the conductivity of the direction parallel and perpendicular to the unidirectional pores increased from 2.1 W/(m·K) to 3.1 W/(m·K) and from 1.3 W/(m·K) to 1.7 W/(m·K), respectively.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2015(000)008【总页数】5页(P877-881)【关键词】直通孔氧化铝多孔陶瓷;渗透率;热导率;离子凝胶【作者】孙阳;薛伟江;孙加林;周国治;黄勇【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083; 清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，材料科学与工程学院，北京 100084;清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，材料科学与工程学院，北京 100084;北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083;北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083;清华大学新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，材料科学与工程学院，北京 100084【正文语种】中文【中图分类】TQ174多孔陶瓷的发展始于19世纪70年代,最初用作铀提纯材料和细菌过滤材料[1]。
多孔氧化铝陶瓷载体
多孔氧化铝陶瓷载体
多孔氧化铝陶瓷载体是一种用于固定或承载催化剂的材料，通常用于化工工业中的催化反应。
这种陶瓷载体具有多孔的结构，提供了大量的表面积，有助于催化剂的分散和反应物质的吸附。
以下是多孔氧化铝陶瓷载体的一些特点和应用：
特点：
1. 多孔性：多孔氧化铝陶瓷具有高度的多孔性，通常包括微孔和宏观孔。
这些孔道提供了大量的表面积，有助于催化剂的负载和反应物质的扩散。
2. 热稳定性：它具有良好的热稳定性，可以在高温下长时间稳定运行，适用于高温催化反应。
3. 化学惰性：多孔氧化铝陶瓷通常具有化学惰性，不容易与多种化学物质发生反应，这有助于维持催化剂的稳定性。
4. 机械强度：它的机械强度较高，能够承受反应中的压力和力量。
应用：
1. 催化剂载体：多孔氧化铝陶瓷广泛用于固定催化剂，例如在石油化工工业中用于裂化反应、氧化反应和加氢反应等。
2. 吸附剂：由于其大表面积和多孔性，它也可以用作吸附剂，用于去除废气中的污染物或水中的杂质。
3. 热交换介质：多孔氧化铝陶瓷可以用作热交换介质，用于控制温度和热量传递。
4. 电子陶瓷：在电子工业中，它还用于制造电子陶瓷材料，如电容器和绝缘材料。
总之，多孔氧化铝陶瓷载体是一种在化工工业和其他领域中广泛应用的重要材料，它的多孔性和化学性质使其成为催化剂固定和其他应用的理想选择。
多孔陶瓷的研究及应用现状
该法主要适用于无机超滤复 合膜或非对称膜及改性膜孔
径分布的测定研究
孔径分布利用脱附过程。
3 应用情况[5,6,10,11]
多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而具有热导率低、体积密度小、比表面积高，独特物化性能的表
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，目前已广泛应用于环保、
力计等）
该法最佳测试范围是 0.1-10nm，对于孔径在 30nm 以下的纳米材料，常用气体
吸附法来测定其孔径分布
当易凝蒸气与多孔介质接触，相对
蒸气 渗透法
蒸气压由 0 增加到 1 的过程中，在 介质的表面和孔中依次出现单层吸 附、多层吸附和毛细管冷凝，测定
蒸气渗透法测试装置（气体 瓶、蒸发器、压力表、膜及渗
目前，应用造孔剂成孔法制备多孔氧化铝陶瓷是比较普遍，且制得的多孔陶瓷孔结构好，力学性能相 对来讲也较理想。
在众多造孔剂中，淀粉由于其廉价、无毒、环境友好、易烧蚀等特性，成为使用较为广泛的造孔剂之 一。Živcová Z 等[12]人，利用土豆、小麦、玉米及大米等不同种类的淀粉做造孔剂，制备了多孔氧化铝陶 瓷，并对其热导率进行测试。研究表明，相对热导率与孔隙率满足一定的关系：kr=exp(−1.5ф/(1−ф))， 其中 kr-相对热导率，ф-气孔率。Prabhakaran K 等[13]人，将面粉颗粒作为胶凝剂和造孔剂置于氧化铝浆 料中，将得到的干凝胶经过 1600℃高温烧结，制备出具有 200-800μm 的大孔和小于 20μm 小孔、孔隙率 达到 67–76.7%，压缩强度为 2.01–5.9 MPa 的多孔氧化铝陶瓷。
化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域。
3.1 绝热材料
【精品文章】一文了解多孔氧化铝陶瓷制备方法及应用
一文了解多孔氧化铝陶瓷制备方法及应用
多孔氧化铝陶瓷不仅具有氧化铝陶瓷耐高温、耐腐蚀性好，同时具有多孔材料比表面积大、热导率低等优良特点，现已广泛应用于净化分离、固定化酶载体、吸声减震和传感器材料等众多领域，在航天航空、能源、石油等领域中也具有十分广阔的应用前景。
材料的性能与应用取决于其相组成和微观结构，多孔氧化铝陶瓷正是利用了氧化铝陶瓷固有属性和多孔陶瓷的孔隙结构，其中影响孔隙结构的主要因素是制备工艺与技术。
图1 多孔氧化铝陶瓷管
一、多孔氧化铝陶瓷的制备工艺
目前，多孔氧化铝陶瓷的制备工艺主要有添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法、颗粒堆积工艺、冷冻干燥法和凝胶注模法。
1、添加造孔剂法
添加造孔剂法是制备多孔氧化铝陶瓷较为简单、经济的方法，该工艺是在氧化铝陶瓷生坯制备过程中加入固态造孔剂，然后通过烧结去除造孔剂留下气孔。
添加造孔剂法制备多孔氧化铝陶瓷的关键在于造孔剂的种类和数量，其次是造孔剂粒径大小。
添加造孔剂的目的在于提高材料的气孔率，因此要求其不能与基体反应，同时在加热过程中易于排除且排除后无有害残留物质。
常用的造孔剂分为有机造孔剂和无机造孔剂两大类，有机造孔剂主要有淀粉、松木粉、聚乙烯醇、聚乙二醇等；无机造孔剂主要有碳酸铵、氯化铵等高温可分解盐类和各类碳粉。
图2 具有梯度分布孔的氧化铝陶瓷（左）及SEM 图片（右）。
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。
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展近年来，随着科技的不断进步，多孔陶瓷的制备技术越来越受到人们的。
多孔陶瓷具有优异的物理化学性能，如高透气性、高渗透性、耐高温、耐腐蚀等，使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将重点冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究进展。
多孔陶瓷的制备方法有很多，包括物理法、化学法、模板法等。
物理法主要包括球磨法、烧结法等；化学法主要包括溶胶-凝胶法、聚合物泡沫浸渍法等。
这些方法在制备多孔陶瓷时都存在一定的局限性，如制备过程复杂、成本高、孔结构不易控制等。
因此，需要探索一种简单、高效、可控的制备方法。
冷冻干燥法是一种新型的制备多孔陶瓷的方法，该方法主要利用冰在低温下升华的原理，将含有陶瓷前驱体的溶液进行冷冻，然后在真空条件下进行干燥。
冷冻干燥法具有以下优点：1）可以制备具有复杂形状和结构的多孔陶瓷；2）可以控制孔径大小和分布；3）制备过程简单、节能环保。
然而，冷冻干燥法也存在一些不足，如制备周期长、成本较高，需要进一步改进和完善。
本文采用冷冻干燥法制备多孔陶瓷，进行了实验设计、材料制备、性能测试等方面的工作。
我们选取合适的陶瓷前驱体和溶剂，制备出具有一定粘度的溶液。
然后，将溶液进行快速冷冻，并在真空条件下进行干燥。
对制备出的多孔陶瓷进行性能测试，包括孔径大小、孔隙率、抗压强度等方面。
通过与其他制备方法相比，我们发现冷冻干燥法在制备多孔陶瓷方面具有明显的优势。
冷冻干燥法可以制备出具有复杂形状和结构的多孔陶瓷，这是其他方法难以实现的。
冷冻干燥法可以精确控制孔径大小和分布，从而满足不同领域的应用需求。
冷冻干燥法的制备过程简单、节能环保，具有很高的实际应用价值。
近年来，利用冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究取得了重要进展。
在机制分析方面，科研人员深入研究了冷冻干燥的原理和过程，提出了许多有价值的理论。
在工艺优化方面，通过不断改进制备工艺，提高了多孔陶瓷的性能和稳定性。
在产品应用方面，冷冻干燥法制备的多孔陶瓷在许多领域都得到了广泛的应用，如催化剂载体、过滤分离、生物医学等。
以冰为模板制备氧化铝多孔陶瓷及其结构特征
ｍｉ ｏ ｔ ｃｕｅｏ ｅｐｏ ｕ ｔ ｓｏ ｓ ｒｅ ｙｓ ａ ｎｎ ｌｃｒｎｍｉｒｓ ｏ ｅ （ Ｅ ． ｈ ｅ ｕ ｓｓ ｏ ａ ｅｉ ａ ｅ ｌ ｃ ｓｒ ｔｒ ｆｈ ｒｄ ｃｓｗａ ｂ ｅｖ ｄ ｂ ｃ ｎ ｉｇｅｅ ｔ ｃｏ ｃ ｐ Ｓ Ｍ） Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ｔｃ ｎｉ ａ ｒ ｕ ｔ ｏ ｔ ｈ ｉ ｓ ｄ
别 的模 板 ， 不需 要 如煅 烧 、 学 刻蚀 等 去除 模 板 的 也 化
到刚玉粉 一水玻璃的混合液 。 将上述两种配方 的混合液注入 自制的模具 中 ， 放 入 Ｌ Ｊ １Ｄ真 空冷 冻干燥 机 中于 一 ０ Ｇ 一０ ３ ℃下冷冻 ２ｈ ４ 。将冻结的刚玉粉 一 水玻璃混合物真空干燥至彻 底， 得到与成型模具形状相似 的多孔氧化铝坯体 。将 该坯体放入高温箱式电炉 中以 ｌ ℃／ ｉ 的升温速率 ０ ｍｎ
ｐｏｒ ｎｏｓｒ ｔ ｅｄ ｃ ｒｍ ｉ ｓ ．Ａｍ ．Ｃｅａ ．Ｓ ． ｏｕｓｎａ ｔｕｃｕｒ ｅ ａ ｃ ．Ｊ ｒｍ ｏｃ，２０ ０，９ １ ３
制 备氧 化铝 多孔 陶 瓷 ， 过控 制 浆体 的 浓度 或粘 度可 通
以设计多孔结构和层状结构的复合微观结构 。
（） ２ ９ － ５ ２ ９： ４ ９ ２ ０
以冰 为模 板 制 备 氧化 铝 多孑 陶 瓷及 其 结 构 特 征 Ｌ
氧化铝陶瓷膜支撑体酸碱腐蚀性能研究
总第191期2021年第1期山西化工SHANXI CHEMICAL INDUSTRYTotal191No.1,2021科研有羿发/DOI：10.16525/l4-1109/tq.2021.01.09氧化铝陶瓷膜支撑体酸碱腐蚀性能研究杨家奎（合肥合意环保科技工程有限公司，安徽合肥230051）摘要：研究了在煮沸状态下，氧化铝陶瓷膜支撑体分别在20%（体积分数）H2SO4和10%（质量分数）NaOH中腐蚀后，质量损失和弯曲强度的损失，以及两种损失与腐蚀时间和酸碱浓度的关系，腐蚀后支撑体性能的变化，同时分析了腐蚀机理。
关键词：氧化铝陶瓷膜；陶瓷膜支撑体；酸碱腐蚀中图分类号:TQ174.75+8.11文献标识码:A文章编号:1004-7050（2021）01-0029-02陶瓷膜具有化学稳定性好,耐高温、耐酸、耐碱、耐有机溶剂，机械强度大，可反向冲洗，抗微生物能力强，孔径分布窄，分离效率高等特点，在食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域得到了广泛的应用。
陶瓷分离膜主要的性能指标是分离精度、渗透通量和使用寿命，主要由起分离作用的顶层分离膜和起支撑作用的支撑体所组成。
陶瓷分离膜的分离精度和渗透通量取决于顶层分离膜的性能，使用寿命取决于支撑体的性能。
支撑体必须具备一定的机械强度，以满足成品膜管在组装、操作使用方面的强度要求。
顶层分离膜的性能不仅取决于涂膜液的质量和涂膜过程的控制，还与支撑体的表面质量以及微观结构参数（孔径大小及其分布、孔隙率等）密切相关，因此，高性能支撑体必须满足较高的孔隙率、较强的机械强度以及可控的微观结构三个方面的要求。
由于氧化铝具有优异的性能而成为多孔陶瓷陶瓷膜支撑体最常用的材料，国内外陶瓷膜一般采用Al2o3质量分数为90%〜99%的材料作为载体。
由于原料、成型工艺的限制，多孔支撑体中常含有SiO2、CaO、MgO等酸溶或碱溶性物质，这使支撑体强度在酸碱体系中应用时出现随时间的延长而降低的现象，进而影响陶瓷膜的微观结构和使用寿命。
离心成型结合模板法制备孔径均匀的多孔氧化铝陶瓷
磨 ２ ｈ 制备 了 固 相 含 量 不 同 的 Ａｌ ４， Ｏ。浆 料 （ ０ ～ ３％
成型 的物质 分 离现 象被 抑 制 ， 壁 具 有 较 高 的 生坯 密 孔
度 ６ ． ％ 和 烧 结 密度 ９ ． ， ３４ ８８ 当烧 结 产 物 的 孔 隙 率 从
５ ％（ 积 分 数 ） 。发 泡 聚 苯 乙 烯 小球 （ Ｐ ） ０ 体 ） Ｅ Ｓ 的直 径 为 １４ ． ｍｍ（ ） 将 它们 缓 慢地 倒 人模 具 中 ， ±５ ， 同时对 模具 加 以摇 晃 、 荡 以确 保 小球 一层 一层 的堆 积 ， 震 当达 到一 定 高度后 ， 据 需 要 在模 板 顶 部放 置 一 定 质 量 的 根 重物 ， 球被 压制 成 紧密 的堆 积 。调 整好 载荷 后 ， 小 将模 具 放人 烘箱 内加 热 到一 定 温度 并 保 温 ， 球 的 变形 被 小 固定 。去除 负载 后将 制 备好 的浆 料 注人 到模 板 内用 于 离 心成 型 （ 体 过 程 如 图 １ ， 心 加 速 度 从 １ １ ｇ增 具 ）离 １８
景 。 目前应 用 较 广 泛 的 制 备 工 艺 是 有 机 泡 沫 浸 浆 技
大约 ｌ ｍｍ 高 的 ４块 ， 后 在 ６ ０ Ｏ 然 ０ ℃下 焙 烧 除 去模板 ， 这些小 块用 于 观察 固相含 量 和离心 加速 度对 孔 壁 生坯
密度 的影 响 。之 后 ， 样 以 ５ ｍｉ 升温 速率 加 热 试 ℃／ ｎ的 到 １ ０ ℃ 保 温 ２ 其 产 物 用 于测 定 烧 结 密 度 和 孔 隙 ５０ ｈ， 率 。烧 结试 样 经 抛 光 后 在 １ ０ 。 蚀 ６ ｍｉ ， ４ ０Ｃ热 ０ ｎ 喷金 后 通过 扫描 电镜 （ Ｓ 一０ ） 察 顶 部 和底 部 孔 壁 的显 微 Ｓ Ｘ５５观
不同孔径的氧化铝陶瓷
不同孔径的氧化铝陶瓷英文回答：Aluminum Oxide Ceramic with Different Pore Sizes.Aluminum oxide ceramic, also known as alumina ceramic, is a type of advanced ceramic material that is composed primarily of aluminum oxide (Al2O3). It is characterized by its high strength, hardness, wear resistance, and thermal stability. One of the key properties of alumina ceramic is its porosity, which refers to the presence of pores or voids within the material. The pore size of alumina ceramic can vary significantly, depending on the manufacturing process and the intended application.Alumina ceramics with different pore sizes exhibit distinct properties and are used in a wide range of applications. Some of the most common types of alumina ceramics include:Dense alumina ceramic: This type of alumina ceramic has a very low porosity, typically less than 1%. It is characterized by its high strength, hardness, and wear resistance. Dense alumina ceramics are often used in applications where these properties are critical, such as in cutting tools, wear plates, and armor.Porous alumina ceramic: This type of alumina ceramic has a higher porosity, typically between 1% and 50%. It is characterized by its high surface area and permeability. Porous alumina ceramics are often used in applications where these properties are important, such as in filters, catalysts, and membranes.Ultraporous alumina ceramic: This type of alumina ceramic has a very high porosity, typically greater than 50%. It is characterized by its low density and high surface area. Ultraporous alumina ceramics are often used in applications where these properties are critical, such as in thermal insulation, sound absorption, and catalysis.The pore size of alumina ceramic can be controlled byadjusting the manufacturing process. Some of the methods used to control pore size include:Sintering temperature: The sintering temperature affects the grain size and pore size of alumina ceramic. Higher sintering temperatures typically result in larger grain sizes and pores.Doping: Doping alumina ceramic with certain elements, such as magnesium or zirconium, can affect the pore size. Doping can lead to the formation of new phases that have different pore structures.Templating: Templating is a process that uses a sacrificial template to create pores of a specific size and shape. The template is removed after sintering, leaving behind pores with the desired characteristics.The pore size of alumina ceramic has a significant impact on its properties and applications. Some of the key factors that are affected by pore size include:Strength: In general, the strength of alumina ceramic decreases with increasing pore size. This is because pores act as stress concentrators, which can lead to failure under load.Hardness: The hardness of alumina ceramic also decreases with increasing pore size. This is because pores provide a path for crack propagation.Wear resistance: The wear resistance of alumina ceramic decreases with increasing pore size. This is because pores provide a surface for wear particles to lodge and abrade.Thermal conductivity: The thermal conductivity of alumina ceramic decreases with increasing pore size. Thisis because pores act as thermal insulators.Electrical conductivity: The electrical conductivity of alumina ceramic decreases with increasing pore size. This is because pores act as electrical insulators.Due to their unique properties, alumina ceramics with different pore sizes are used in a wide range of applications, including:Cutting tools: Dense alumina ceramics are used in cutting tools because of their high strength, hardness, and wear resistance.Wear plates: Dense alumina ceramics are also used in wear plates to protect surfaces from wear and abrasion.Armor: Dense alumina ceramics are used in armor to provide protection against ballistic impact.Filters: Porous alumina ceramics are used in filters to remove particles from fluids.Catalysts: Porous alumina ceramics are used as catalysts to support catalytic reactions.Membranes: Porous alumina ceramics are used as membranes to separate different components of a fluidmixture.Thermal insulation: Ultraporous alumina ceramics are used in thermal insulation to reduce heat transfer.Sound absorption: Ultraporous alumina ceramics areused in sound absorption to reduce noise levels.Catalysis: Ultraporous alumina ceramics are used as catalysts to support catalytic reactions.中文回答：不同孔径氧化铝陶瓷。
多孔陶瓷隔热材料的研究进展
第43卷第2期2024年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.2February,2024多孔陶瓷隔热材料的研究进展王蒙蒙,隋学叶,綦开宇,徐㊀杰,刘瑞祥,周长灵,唐文哲,段晓峰,李占峰(山东工业陶瓷研究设计院有限公司,淄博㊀255000)摘要:多孔陶瓷内部具有大量相通或封闭孔隙,孔径和孔隙的分布及连通性等微观结构特征对材料的物理性能起着重要作用㊂本文介绍了多孔陶瓷隔热材料的优良特性及广泛的应用前景,并总结了近几年多孔陶瓷隔热材料的制备方法及研究进展,提出了多孔陶瓷材料的发展现状及普遍面临的问题,并指出了解决问题的思路,以期为后续开发更多优异性能的多孔陶瓷隔热材料提供参考㊂关键词:多孔陶瓷;制备方法;孔隙结构;隔热性能;发展现状中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)02-0637-12Research Progress of Porous Ceramic Insulation MaterialWANG Mengmeng ,SUI Xueye ,QI Kaiyu ,XU Jie ,LIU Ruixiang ,ZHOU Changling ,TANG Wenzhe ,DUAN Xiaofeng ,LI Zhanfeng(Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co.,Ltd.,Zibo 255000,China)Abstract :Porous ceramics have a large number of interconnected or closed pores.Microstructural characteristics such as pore size,pore distribution and connectivity,play a crucial role in physical properties of material.In this paper,we present the remarkable properties and broad application prospects of porous ceramic insulation materials,including applications in aerospace,construction,industrial energy efficiency,biomedical (for bone defect repair materials ),ceramic electrochemical devices in batteries,catalyst carriers (for exhaust gas purification in gasoline engines),and various other fields such as sound insulation,liquid separation,and sensors.It also summarizes the preparation methods and research progress of porous ceramic thermal insulation materials in recent years.The content mainly covers the selection of raw materials,technological methods,and key material properties.Finally,it outlines the current development status and common challenges faced by porous ceramic materials,along with suggesting strategies for improvement,aiming toprovide references for the development of more high-performance porous ceramic thermal insulation materials in the future.Key words :porous ceramics;preparation method;pore structure;insulation property;development status 收稿日期:2023-08-17;修订日期:2023-09-21作者简介:王蒙蒙(1994 ),女,工程师㊂主要从事气凝胶隔热材料的研究㊂E-mail:1076924497@通信作者:隋学叶,教授级高级工程师㊂E-mail:sxy001@ 0㊀引㊀言陶瓷材料具有硬度大㊁强度高㊁热膨胀系数低㊁抗氧化性能强㊁耐腐蚀性能好等优异性能,在许多高温和高腐蚀性环境中其物理化学稳定性远远优于金属材料或其他聚合物材料㊂其中,多孔陶瓷是使用时间最长的陶瓷材料,最早可追溯到新石器时代[1-2]㊂多孔陶瓷的孔隙率为25%~95%,这赋予了陶瓷质轻㊁隔热㊁吸附性强㊁生物相容性好等优异特性[3-6],因此衍生出更多的应用领域,如航天航空及工业窑炉用高温隔热材料㊁电池中的陶瓷电化学器件㊁汽车尾气催化剂载体㊁水净化㊁气体分离㊁有机液体分离㊁酸碱液体分离㊁金属熔融过滤提纯㊁生物医学骨修复㊁隔音㊁传感器等,具有良好的发展前景[7-11],尤其在隔热领域,多孔陶瓷的应用效果较为突出㊂多孔陶瓷作为隔热材料可以减少两个工件之间的传热,从而有助于减少能量损失和二氧化碳排放,为二氧化碳减排做出突出贡献㊂同时,多孔陶瓷隔热材料支撑着许多高温产业的正常运行,在促638㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷进工业经济发展的同时也为人类提供了更加舒适的生存环境[12-15]㊂为了满足相应领域的使用性能要求,多孔陶瓷的制备工艺主要包括有机泡沫浸渍法㊁直接发泡法㊁造孔剂法㊁牺牲模板法㊁模板复制法㊁凝胶浇注法㊁3D打印技术㊁部分烧结等[16-20]㊂通过改变和优化工艺可定制具有不同使用性能的材料㊂材料的孔隙大小㊁形状㊁分布和连通性等微观结构都对多孔陶瓷材料的使用性能起到关键的作用,选择适当孔径(2~50nm)的介孔材料可以降低材料在高温环境中的导热系数,进而增强材料整体的隔热保温性能[21-22]㊂本文主要针对近几年国内外各学术界对多孔陶瓷的典型制备方法及研究进展进行分析和总结,并对多孔陶瓷隔热材料目前存在的问题进行了总结和分析,为后期多孔陶瓷隔热材料的制备和研究提供参考㊂1㊀多孔陶瓷的制备方法1.1㊀造孔剂法造孔剂法主要是将易挥发的造孔剂与配料混合均匀,然后经高温处理后,造孔剂会发生氧化反应变成气体离开陶瓷基体,并在原来的位置上形成许多孔隙,进而制备出多孔陶瓷㊂造孔剂的数量㊁形状尺寸㊁分散均匀性等均会对陶瓷的孔径㊁孔分布及孔隙率产生直接影响㊂Wang等[23]以α-Al2O3和CaCO3粉为原料,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂,采用凝胶浇注法制备了六铝酸钙多孔陶瓷㊂结果表明,多孔陶瓷的孔隙主要由PMMA微球的烧损和有机物的分解形成,适量的微球可以对多孔陶瓷的热冲击稳定性产生良好的影响㊂此方法制备的多孔陶瓷的体积密度为1.33g/cm3,孔隙率为63%,抗弯强度为13.9MPa,热震次数可达9次,导热系数为0.293W/(m㊃K),性能指标可满足耐火材料或高温水泥行业的使用要求,具有很好的发展前景㊂Zhang等[24]以碳化硅和硅粉为原料,选择不同粒径的PMMA作为造孔剂制备多孔陶瓷㊂研究结果显示,当孔隙率从50.97%增加到54.59%时,损耗角正切有所增强㊂Çelik等[25]以α-Al2O3粉末为原料,以炭黑粉末作为造孔剂,采用火花等离子烧结技术制备了多孔氧化铝陶瓷㊂多孔陶瓷的开放孔隙率在38.48%~59.81%,烧结后抗压强度约为150MPa㊂1.2㊀有机泡沫浸渍法、直接发泡法及泡沫凝胶浇注法有机泡沫浸渍法:1963年由Heichel[26]首次提出,以开孔三维网状有机泡沫为模板浸渍于陶瓷浆料中,并反复浸渍使浆料均匀分布,将浸渍完成的有机泡沫从浆料中提拉出后经过烧结过程将有机泡沫分解后得到具有开放孔隙的高孔隙率多孔陶瓷㊂有机泡沫浸渍法制备工艺简单,生产条件可控,且成本低廉,但此方法主要用于生产大孔陶瓷,针对较小孔隙多孔陶瓷的制备会出现浸渍困难或浸渍不均匀等问题,且制备出的多孔陶瓷力学性能相对较差[27]㊂直接发泡法:添加的发泡剂经过各种反应会释放出气体,气体在陶瓷浆料中扩散形成孔隙㊂通过对发泡剂种类和用量的控制可以制备不同形状㊁尺寸的多孔陶瓷㊂直接发泡法适合制备闭孔材料,制得的陶瓷孔隙率为40%~90%,孔径一般大于2mm,且制备出的多孔陶瓷强度相对较高[28]㊂泡沫凝胶浇注法:将直接发泡技术与凝胶浇注技术结合起来制备多孔陶瓷,工艺较为简单,适合大规模生产㊂Han等[29]以工业硅粉为原料,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为发泡剂,在1423~1523K的温度下,采用 一步法 泡沫-凝胶浇注/氮化法制备了孔隙率约为91%~93%的Si3N4多孔陶瓷,宏观形貌见图1㊂在1523K氮化后,当初始固相载荷为12.5%时,试样的抗压强度最高,达到1.9MPa,密度为0.25g/cm3㊂在1473K下氮化的样品导热系数在323K时低至0.074W/(m㊃K)㊂图1㊀Si3N4多孔陶瓷的宏观形貌[29]Fig.1㊀Macrostructure of Si3N4porous ceramics[29]㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展639 Cao等[30]以二氧化硅石英石粉为主要原料,纳米CaCO3和纳米磷酸铁为矿化剂,NS-I型复合发泡剂为发泡体系,采用简单环保的直接发泡法制备SiO2多孔陶瓷,研究高活性纳米CaCO3和纳米磷酸铁稳定SiO2的晶向转变过程㊂结果表明,纳米CaCO3和纳米磷酸铁的加入可促进具有复杂孔隙结构的多孔陶瓷的形成和致密化,纳米CaCO3作为矿化剂的效果优于纳米磷酸铁㊂Zhang等[31]以ZrB2粉和硅粉为主要原料制备了不同SiO2含量的SiC-ZrB2多孔陶瓷,微观形貌见图2㊂SiC-ZrB2多孔陶瓷的孔隙率高达86.9%㊂在1573K下制备的SiC-ZrB2多孔陶瓷的导热系数为0.280W/(m㊃K),抗压强度为0.52MPa㊂在1473K惰性气体中进行二次热处理后,合金仍能保持原有的几何形状和组织结构㊂图2㊀1573K/3h下制备的SiC-ZrB2多孔陶瓷的微观形貌[31]Fig.2㊀Microstructure of SiC-ZrB2porous ceramics prepared at1573K/3h[31]1.3㊀3D打印技术自20世纪80年代提出3D打印的概念以来,3D打印技术得到了迅速发展㊂3D打印技术可灵活地制备出具有高度复杂结构的多孔陶瓷材料,主要原理是通过计算机数模软件对材料的精度进行设计控制,通过逐层加工制备出理想的材料,常见的3D打印技术有立体光刻打印技术㊁熔融沉积制造技术㊁选择性激光烧结法㊁喷墨打印技术㊁直写打印技术等㊂根据所用原料的形态区别,可以将3D打印技术分为基于浆料的陶瓷3D打印技术㊁基于粉末的陶瓷3D打印技术和基于块状固体的陶瓷3D打印技术[32-35]㊂Hossain等[36]以微晶铝粉和纳米SiO2(废稻壳灰)为原料,通过3D直写打印技术制备出莫来石陶瓷,制备流程及微观形貌见图3㊂结果显示,在1400ħ下,Al2O3和纳米SiO2完全转化为莫来石,其孔隙率为75%,导热系数为0.173W/(m㊃K)㊂Chen等[37]将立体光刻3D打印技术与牺牲模板法相结合,经烧结后成功制备出了平均孔径约为15μm的多孔氧化铝陶瓷,且尺寸收缩微乎其微㊂640㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图3㊀3D直写打印技术制备莫来石陶瓷流程图[36]Fig.3㊀Preparation process diagram of mullite ceramics by3D direct writing printing technique[36]2㊀多孔陶瓷隔热材料研究进展2.1㊀陶瓷气凝胶隔热材料气凝胶的种类较多,包括硅系㊁碳系和金属氧化物气凝胶,二氧化硅气凝胶目前最为常见,在产量方面,二氧化硅气凝胶颇占优势[38]㊂二氧化硅气凝胶由纳米尺度胶体粒子构成,孔隙率一般达到80%以上,因低密度特性和开孔的结构构造而广泛应用在轻质天线设备㊁建筑节能㊁传感器㊁航空航天㊁药物输送㊁生物医学㊁二氧化碳捕获和环境修复等领域[39-41]㊂其中,二氧化硅气凝胶作为隔热材料,耐温性能可达到800ħ㊂二氧化硅气凝胶的制备通常使用溶胶-凝胶法,溶胶-凝胶法的关键步骤是干燥过程,即从湿凝胶网络孔隙中去除液体㊂干燥方法包括超临界干燥㊁常压干燥㊁冷冻干燥等,此过程对材料的孔隙大小及成块性的好坏起到决定性的作用[42],同时,制备二氧化硅气凝胶成本的高低及使用性能的差异与所选择的硅源有着密切的关系㊂常见的几种硅源包括硅酸盐(水玻璃)㊁硅醇盐(正硅酸乙酯㊁正硅酸甲酯等)㊁有机硅源(甲基三甲氧基硅烷㊁3-氨丙基三乙氧基硅烷)等㊂2.1.1㊀以水玻璃为硅源制备的二氧化硅气凝胶水玻璃是一种可溶性碱金属硅酸盐,成本低廉,以此为原料制备的二氧化硅气凝胶的成本也较低㊂1931年,美国加州Stockton太平洋学院的Kistler教授[43]以硅酸钠为硅源㊁盐酸为催化剂,采用超临界干燥工艺制备出了二氧化硅气凝胶,开拓了气凝胶的科研之路㊂但是此方法制备出的二氧化硅气凝胶会引入大量的碱金属氯化物等杂质,使得二氧化硅气凝胶的纯度降低,需要通过大量的溶液置换去除中间的杂质,因此制备周期也会大大延长,并增加了工序的复杂性和产品的不稳定性㊂2.1.2㊀以硅醇盐为硅源制备的二氧化硅气凝胶以正硅酸甲酯或正硅酸乙酯作为硅源可制备出性能良好的二氧化硅气凝胶,其中正硅酸甲酯具有活性好㊁水解速度快等优点,可减少水解过程所耗费的时间㊂Nicolaon等[44]以正硅酸甲酯和甲醇为原料,通过溶胶凝胶法和超临界干燥技术制备出性能较好的二氧化硅气凝胶,制备过程中无需溶液置换过程,因此大幅缩短了气凝胶制备的周期,但是原料成本较高,且在制备过程中会产生大量具有污染性的甲醇,因此大规模生产和商业化发展仍然受限㊂1985年,Tewari等[45]开始使用正硅酸乙酯代替正硅酸甲酯为原料,并利用二氧化碳进行超临界干燥,减少了甲醇污染物的产生㊂同时,干燥过程也发生了改变,降低了气凝胶生产过程中的危险系数,进而促进了气凝胶的发展进程,为气凝胶后续的商业化发展奠定了基础㊂目前最常用的硅醇盐为正硅酸乙酯㊂正硅酸乙酯经过溶胶-凝胶过程,形成初级颗粒并聚集成次级颗粒,最后相互连接形成珍珠项链形态㊂湿凝胶网络经过超临界干燥或者常压干燥制备成二氧化硅气凝胶[29,46],此干燥过程主要是以气体取代湿凝胶中的部分液体形成干凝胶㊂然而传统的二氧化硅气凝胶力学性能㊁柔韧性较差及超临界干燥㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展641工艺生产成本较高,限制了二氧化硅气凝胶的进一步大规模生产㊂Duan等[47]以正硅酸乙酯为硅源,在常压下制备了一种超疏水二氧化硅气凝胶,在制备过程中,通过添加正己烷来调节孔隙结构㊂研究结果表明,当正己烷与正硅酸乙酯的体积比为1ʒ2.24时,样品的导热系数最低为0.012W/(m㊃K),与未添加正己烷的样品相比密度减小,孔径增大,总孔体积增大㊂Zhao等[48]以正硅酸乙酯为硅源,利用酸碱催化法制备隔热超疏水二氧化硅气凝胶粉,得到的二氧化硅气凝胶粉体密度为0.212g/cm3,导热系数为0.053W/(m㊃K),比表面积为769.86m2/g,水接触角为149.0ʎ㊂2.1.3㊀以有机硅为硅源制备的二氧化硅气凝胶以有机硅为硅源制备的二氧化硅气凝胶由于引入了不可水解基团,材料内部次级粒子在一定外力的作用下可以产生更大的弹性空间,使二氧化硅气凝胶的力学性能有明显的提高[49]㊂常见的有机硅源包括甲基三甲氧基硅烷㊁甲基三乙氧基硅烷㊁3-氨丙基三乙氧基硅烷㊁乙烯基三乙氧基硅烷等㊂Li等[46]以甲基三乙氧基硅烷为硅源,采用常压干燥制备出聚甲基硅倍半氧烷气凝胶,其密度低至117mg/cm3,压缩强度为0.205MPa,润湿角为155.6ʎ,且柔韧性较好,宏观及微观形貌等特征见图4㊂此制备过程无需溶液置换,周期大幅缩短㊂Ding等[50]以二甲基二甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷为共同硅源,以十六烷基三甲基溴化铵为化学干燥控制剂在常压干燥下制备出聚甲基硅倍半氧烷基二氧化硅气凝胶,气凝胶的最佳润湿角为165ʎ,孔径约为20μm,并能具有良好的弹性性能,微观形貌见图5㊂642㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图4㊀聚甲基硅倍半氧烷气凝胶表征[46]Fig.4㊀Characterization of polymethylsilsesquioxane aerogel[46]图5㊀聚甲基硅倍半氧烷基二氧化硅气凝胶微观形貌[50]Fig.5㊀Microstructure of polymethylsilylsesquioxide aerogel[50]㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展643 2.2㊀陶瓷纤维基隔热材料陶瓷纤维基隔热材料是一种以纤维为骨架构成的具有连续孔隙结构的轻质耐火材料,具有孔隙率高㊁比表面积大㊁体积密度小㊁热导率低等特点,在隔热领域具有良好的应用前景,如高超声速飞行器用隔热瓦㊂隔热瓦是由石英㊁氧化铝等纤维㊁烧结助剂和粘结剂组成,通过纤维预处理㊁料浆混合㊁湿法抽滤成型㊁干燥烧结等工艺制备得到的具有一定强度的轻质多孔隔热材料[51]㊂2.2.1㊀莫来石纤维莫来石为斜方晶结构,是常压条件下最为稳定的Al2O3-SiO2化合物[52-53]㊂莫来石纤维具有良好的热化学稳定性能㊁机械强度㊁抗蠕变性能,并具有导热系数低㊁热膨胀系数小等优点,因此成为当前隔热陶瓷增强材料领域主要的原料之一[54-55]㊂莫来石纤维隔热瓦是一种由随机堆叠的莫来石纤维和粘结剂及烧结助剂构成的具有三维结构的固体材料,孔隙率一般为81.6%~82.3%,具有质轻㊁密度低㊁抗热震性能好㊁导热系数低等特点,在高温隔热领域越来越受到关注[56-57]㊂He等[58]采用简单的料浆法制备了莫来石纤维隔热瓦,并涂覆了MoSi2-硼硅酸盐玻璃涂层㊂结果表明,在450kW/m2的热流密度下,表面温度迅速达到1043.1ħ,而冷表面仍保持在室温㊂MoSi2基涂层具有高辐射率,有效增强了材料表面的热辐射,且涂层与隔热瓦基体之间具有良好的结合度㊂Cao等[59]采用HPMS-KH570作为树脂基体,莫来石纤维为原料,通过3D打印技术制备了高度复杂的莫来石纤维基多孔陶瓷㊂3D-莫来石纤维基多孔陶瓷呈现出清晰的3D打印晶格结构,此结构由随机交叉的莫来石纤维组成㊂这种独特的具有三维骨架结构的莫来石纤维基多孔陶瓷密度为0.47g/cm3,室温导热系数为0.11W/(m㊃K)㊂㊀2.2.2㊀石英纤维石英纤维由高纯度SiO2(ȡ99.9%)组成,具有化学稳定性高㊁柔韧性好㊁耐高温抗烧蚀性强㊁抗热震性好㊁导热率低㊁介电性能优异等特点,直径一般为3~5μm,因而被广泛应用于制备保温隔热和绝热密封材料,如柔性可重复使用表面隔热材料㊁应变隔离垫㊁柔性热障材料等[60]㊂Zhou等[61]以短切石英纤维为原料,采用压滤法制备了弹性纤维多孔陶瓷,制得的多孔陶瓷密度为0.124~0.181g/cm3,压缩应力为0.096~0.377MPa,孔隙率为91.73%~94.86%,导热系数为0.03W/(m㊃K)㊂弹性纤维多孔陶瓷具有优异的隔热性能,因此在保温领域具有潜在的应用前景㊂Wang等[62]以陶瓷树脂(CR)为表层,酚醛树脂(PR)为内层,制备了石英纤维增强酚醛树脂气凝胶复合材料,致密层的拉伸强度为39.22MPa,弯曲强度可达到57.22MPa㊂在烧蚀试验中,在表面温度超过1100ħ时,背面温度在3min内达到52ħ,在5min内达到127ħ,具有超强的隔热性能㊂2.2.3㊀氧化铝纤维氧化铝纤维主要成分为氧化铝,并含有少量SiO2㊁MgO等,具有良好的耐高温性能㊁热化学稳定性㊁抗蠕变性能㊁抗氧化性能及优异的力学性能和极低的导热系数,在航天航空㊁高温热防护领域具有良好的发展前景[63]㊂当氧化铝纤维直径为微米或纳米级别时,材料性能进一步提升,应用领域也更加广泛,如可用作污染物吸附剂㊁催化剂载体和无机锂电池隔膜等[64]㊂Dang等[65]以Al2O3颗粒和Al2O3纤维为原料,采用单向冷冻铸造法制备了Al2O3纤维增强多孔Al2O3陶瓷㊂结果表明,多孔陶瓷的孔隙率随纤维含量的增加而增加,孔隙形态也发生变化㊂适量Al2O3纤维的加入可以提高料浆的抗压强度,而过量的Al2O3纤维则会降低料浆的抗压强度㊂Dong等[66]采用静电纺丝法制备Al2O3-ZrO2纳米纤维,经过凝胶注模㊁冷冻干燥和高温烧结制备出Al2O3-ZrO2纳米纤维基多孔陶瓷㊂结果表明,Zr的加入提高了Al2O3基纳米纤维的热稳定性㊂Al2O3-ZrO2纳米纤维基多孔陶瓷的孔隙率达到97.79%~98.04%,密度为0.075~0.091g/cm3,导热系数为0.047~ 0.055W/(m㊃K),且吸声性能优异,平均吸声系数为0.598~0.770㊂此方法制备的多孔陶瓷在高温隔热和吸声等领域具有广阔的应用前景㊂2.3㊀陶瓷空心微球基隔热材料陶瓷空心微球是一种制备多孔陶瓷的新材料㊂由于它们的成分与最终的陶瓷基体的成分相同或相似,因此不会污染陶瓷基体或引入其他杂质㊂陶瓷空心微球具有密度低㊁保温性强㊁抗热震性强等特点,其物理644㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷化学性能主要取决于球体大小㊁壳层厚度㊁球壳材料和孔隙率等特性㊂陶瓷空心微球不仅可以在材料中引入孔隙,降低材料的导热系数,还能作为骨架材料进行填充㊁支撑,提高材料的机械性能[67-68],适用于生产结构均匀的高性能多孔陶瓷[69]㊂制备多孔陶瓷的起始材料主要有粉煤灰㊁二氧化硅和氧化铝㊂其中,粉煤灰是燃煤电厂排放的主要固体废弃物,粒径一般在0.5~300μm,一般来说,每消耗4t煤产生约1t粉煤灰[70]㊂Yang等[71]以粉煤灰空心微球和硅酸铝粉为原料,采用蛋白胶凝技术制备了高强度多功能莫来石基多孔陶瓷,其孔隙率为54.69%~70.02%,抗压强度达到32.3~42.9MPa,是同等密度的莫来石基多孔陶瓷的2~5倍,形貌表征如图6所示㊂Cha等[67]采用表面带孔的氧化钇稳定氧化锆微球制备了钇稳定氧化锆多孔陶瓷泡沫,孔隙率达到80.69%,导热系数低至0.10W/(m㊃K),抗压强度为5.7MPa㊂图6㊀高强度多功能莫来石基多孔陶瓷材料形貌表征[71]Fig.6㊀Morphology characterization of high-strength multi-functional mullite-based multi-porous ceramics[71]2.4㊀热障涂层材料高发射率隔热涂层常应用于航空发动机和燃气轮机的金属表面,主要通过在高温环境中阻挡热量来防止热量损失,进而提高内燃机㊁燃气轮机和建筑物的能源效率,对基体材料提供必要的热防护作用[72]㊂高温合金涂层一般由多层涂层构成,外层为低导热热障陶瓷涂层,热障涂层可用于降低合金表面的温度,如250μm陶瓷涂层可使合金表面温度降低约150ħ,从而显著降低燃料消耗,并使涡轮叶片和发动机等其他热截面部件寿命提高数倍[73]㊂技术最成熟的Y2O3稳定ZrO2涂层材料(YSZ)具有化学稳定性良好㊁断裂韧性高㊁热膨胀系数高㊁导热系数较低等优点,50多年来一直被认为是热障材料的最佳候选材料[28,74-75],其中,8%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)是目前使用的主要的热障涂层材料[76]㊂Yang等[76]采用等离子体球化技术制备了具有不同孔隙率的8%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆粉末㊂此方法制备的涂层导热系数为1.318W/(m㊃K),且涂层中存在孔隙结构,可在1200ħ时有效保护高温合金㊂Wang等[77]采用大气等离子喷涂(APS)技术,在不同的喷涂功率下制备了纳米氧化钇稳定氧化锆热障涂层㊂随着喷涂功率的降低,n-YSZ涂层的孔隙率和纳米结构含量均有所提高㊂最低喷涂功率(22kW)涂层的平均结合强度约为29MPa,热循环寿命约为292次,是最高喷涂功率(42kW)涂层的2倍左右,具有良好的抗热震性能㊂3㊀结语与展望近年来,经过科研人员的不懈努力和探索,多孔陶瓷在隔热领域取得了长足的进展㊂不同类型多孔陶瓷㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展645材料的耐温性能不同,因此环境适应性也有所差异㊂根据不同的使用性能需求,可通过工艺设计来调控多孔陶瓷的孔隙率及孔径结构,进而提升材料的力学㊁热学及电学等综合性能㊂但是由于陶瓷基体材料脆性大,在超高温热冲击下,材料的热稳定性也会发生急剧变化,导致多孔陶瓷隔热材料在某些极限领域的应用仍然受到限制㊂因此,在保留多孔陶瓷材料本身所具有的优异性能的同时,增强材料力学性能和热稳定性能是具有重要意义的课题,如柔性材料的制备及元素掺杂增强法等㊂另外,多孔陶瓷隔热材料的导热机理及热力学匹配度仍需要进一步探索研究㊂参考文献[1]㊀WU J T,CHEN H Y,LUO X,et 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氧化铝陶瓷的发展与应用
氧化铝陶瓷的发展与应用(总5页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除氧化铝陶瓷的发展与应用前言氧化铝陶瓷具有机械强度高,绝缘电阻大,硬度高,耐磨、耐腐蚀及耐高温等一系列优良性能,其广泛应用于陶瓷、纺织、石油、化工、建筑及电子等各个行业,是目前氧化物陶瓷中用途最广、产销量最大的陶瓷新材料。
通常氧化铝陶瓷分为2 大类,一类是高铝瓷,另一类是刚玉瓷。
高铝瓷是以Al2O3 和SiO2 为主要成分的陶瓷,其中Al2O3 的含量在45 %以上,随着Al2O3 含量的增多,高铝瓷的各项性能指标都有所提高。
由于瓷坯中主晶相的不同,又分为刚玉瓷、刚玉—莫来石瓷、莫来石瓷等。
根据Al2O3 含量的不同,习惯上又称为75瓷、80 瓷、85 瓷、90 瓷、92 瓷、95 瓷、99 瓷等。
高铝瓷的用途极为广泛,除了用作电真空器件和装置瓷外,还大量用来制造厚膜、薄膜电路基板,火花塞瓷体,纺织瓷件,晶须及纤维,磨料、磨具及陶瓷刀,高温结构材料等。
目前市场上生产、销售和应用最为广泛的氧化铝陶瓷是Al2O3 含量在90 %以上的刚玉瓷。
1 原料作为陶瓷原料主要成分之一的氧化铝在地壳中含量非常丰富,在岩石中平均含量为15. 34 % ,是自然界中仅次于SiO2 存量的氧化物。
一般应用于陶瓷工业的氧化铝主要有2 大类,一类是工业氧化铝,另一类是电熔刚玉。
1. 1 工业氧化铝工业氧化铝一般是以含铝量高的天然矿物铝土矿(主要矿物组成为铝的氢氧化物, 如一水硬铝石(xAl2O3·H2O> 、一水软铝石、三水铝石等氧化铝的水化物组成> 和高岭土为原料,通过化学法(主要是碱法,多采用拜尔法———碱石灰法> 处理,除去硅、铁、钛等杂质制备出氢氧化铝,再经煅烧而制得,其矿物成分绝大部分是γ- Al2O3 。
工业氧化铝是白色松散的结晶粉末,颗粒是由许多粒径< 0. 1μm 的γ- Al2O3 晶体组成的多孔球形聚集体,其孔隙率约为30 % ,平均粒径为40～70μm。
氧化铝陶瓷介电性能的提高
2007年6月第32卷第3期耐火与石灰产品要求不同、窑系统、燃料、原材料等对CO2排出物都有影响。
CO2的排出量通过节省热量来减至最低是不太可行的。
德国石灰工业对降低CO2排放要求只能通过降低产量来获得。
假定对石灰产量有一定要求,则有必要进口相应的量。
另一种方法是获得额外的O排放权。
然而由于生石灰和石灰产品的市场价格,这样做是不正当的。
恰恰相反,对经济的预期与资源消耗的增加和像石灰这样必不可少的基础材料有关。
这种情况由法规来解释,CO2排出物目标值与国家经济增长是有联系的。
王晓阳编译自《ZKG I》,,№5~5收稿日期36氧化铝陶瓷的性能之间有良好的配合:较高的机械强度;良好的介电性能;对热冲击作用的良好抵抗性;与金属之间能形成密封的钎焊。
含有95%以上Al2O3的陶瓷的制品通常在液相参与下实施烧结,该液相是借助向配料中加入的特殊加入剂来形成的。
此类加入剂为化学纯物质:氧化物或者化合物,分解时生成氧化物。
单相刚玉材料分为多晶型材料和单晶型材料,其介质损耗(tg!)处于较广的频率范围内,其中包括超高频,但损耗值不大,随着温度的升高其变化也不大,介电常数(")与温度之间的关系不明显。
对于成分不同的多相氧化铝陶瓷来说,随着玻璃相含量的增加,介质损耗的总水平也有所提高,温度频率关系tg!和"显示明显,主要取决于其含量。
我们对BK95-1(ВГ-IV)型含Al2O395%的真空致密的氧化铝陶瓷进行了研究。
制造该陶瓷时,采用牌号为Г00的氧化铝作为主要原料。
为使陶瓷于1630~1670℃发生烧结,向其配料中加入单独合成的能形成玻璃的复合物。
采用Al2O3、SiO2及Mg O等纯氧化物于1380℃烧成后制成复合物,其基础物质为堇青石。
于1550℃将陶瓷泥料烧成熟料的过程中堇青石发生异成分熔化,保证料球致密烧结。
除了能形成玻璃的复合物之外,还向陶瓷配料中加入硼酸和氧化镁(呈可溶盐形式)。
后者促进陶瓷形成细晶结构。
多孔金属材料的制备及应用研究进展
多孔金属材料的制备及应用研究进展一、本文概述多孔金属材料作为一种具有独特物理和化学性能的新型材料，近年来在科研领域和工业应用中均受到了广泛的关注。
本文旨在综述多孔金属材料的制备方法以及其在各个领域的应用研究进展。
多孔金属材料因其高比表面积、良好的透气性、优良的导热导电性能以及可调节的孔径和孔结构等特点，使得它们在催化剂载体、能源存储与转换、分离与过滤、生物医学以及声学等多个领域具有广泛的应用前景。
本文将从多孔金属材料的制备技术、性能表征以及应用实例等方面进行深入探讨，以期对多孔金属材料的研究与应用提供有益的参考。
二、多孔金属材料的制备方法多孔金属材料的制备方法多种多样，这些方法的选择主要取决于所需的孔结构、孔径大小、孔形貌、孔分布以及金属材料的类型。
下面我们将详细介绍几种主流的多孔金属材料制备方法。
粉末冶金法：这是一种传统的多孔金属材料制备方法。
它首先通过压制或烧结金属粉末形成多孔结构，然后经过高温烧结，使粉末颗粒间的连接更加紧密，形成具有一定强度和刚度的多孔金属材料。
粉末冶金法可以制备出孔径分布均匀、孔结构稳定的多孔金属材料，但制备过程需要高温，且制备周期较长。
模板法：模板法是一种可以精确控制多孔金属材料孔结构的方法。
它通过使用具有特定孔结构的模板（如聚合物泡沫、天然生物模板等），将金属前驱体填充到模板的孔洞中，然后通过化学反应或热处理将金属前驱体转化为金属材料，最后去除模板，得到具有模板孔结构的多孔金属材料。
模板法可以制备出具有复杂孔结构、高比表面积的多孔金属材料，但制备过程需要复杂的模板设计和制备，且模板的去除过程可能会对孔结构产生影响。
熔体发泡法：熔体发泡法是一种通过在金属熔体中引入气体来制备多孔金属材料的方法。
它首先将金属加热至熔化状态，然后通过物理或化学方法向熔体中引入气体，使气体在熔体中形成气泡。
随着气泡的长大和上浮，金属熔体在气泡周围凝固，形成多孔结构。
熔体发泡法可以制备出孔径较大、孔结构开放的多孔金属材料，且制备过程相对简单，但制备出的多孔金属材料孔径分布较宽，孔结构稳定性较差。
多孔氧化铝陶瓷膜支撑体在HNO3溶液中的静态腐蚀
ｌ 实
验
１ １ 实验 过程 ．
预测多孔 陶瓷膜的使用性能 ， 是多孔 陶瓷膜应用过
程 中 的一 个值 得 重 视 的 问题 。 目前 ， 于致 密 陶 瓷 关
将管 式多孔 氧 化 铝 支撑 体 （ 化 铝 质量 分 数 ＞ 氧 ９％ ， ９ 具体性 能见 表 １） 人 配有 已知 浓度 的 ＨＮ 。放 Ｏ （ 析纯 ， 分 上海化学试剂有 限公司 ） 溶液 的２０ｍ 石英 ５ Ｌ
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第 ２ 卷第５ ８ 期
２０ ０ ６年 ９月
南
京
工
业
大
学学Biblioteka 报 Ｖ０ ＿ ８ Ｎｏ ５ ｌ２ ． Ｓ ｐ． ２ ０６ ｅ ０
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮ Ｉ Ｏ ＪＮＧ ＵＮⅣ Ｅ Ｉ Ｙ Ｆ Ｔ ＨＮＯＬ Ｙ ＲＳＴ Ｏ ＥＣ ＯＧ
３
２２ 管式 支撑体 腐蚀 过程 的数 学描 述 ．
基础 。
有独特优势， 但在应用过程 中仍然存在一些问题亟
待解 决 。其一 就是分 离 过程 中多孔 陶 瓷膜微 观结 构 的稳 定性 ｊ 。而 作 为 提 供 陶 瓷 膜 强 度 的多 孔 支 撑
体的耐酸碱腐蚀性能直接决定 了多孑 陶瓷膜在使用 Ｌ 过 程 中的稳定 性 和分 离 效 果 。因此 ， 究 多 孔 陶 瓷 研
徐 南平 （ 系 人 ） 教 授 ． — ｉ：ｐ ｕ ｎｕ．ｄ ． ｎ 联 ， Ｅｍａ ｎｘ ＠ ｊｔｅｕ ｃ ｄ
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第 ５期
陈纲领等 ： 多孔氧化铝陶瓷膜支撑体在 Ｈ Ｏ 溶液中的静态 腐蚀 Ｎ
高、 操作过程简单等优点 ， ０ａ 近２ 在工业领域 中得到
多孔氧化铝陶瓷 辐射制冷
多孔氧化铝陶瓷辐射制冷
多孔氧化铝陶瓷是一种具有高表面积和孔隙结构的陶瓷材料，
由于其独特的物理和化学性质，被广泛应用于吸附、过滤、催化和
其他领域。
而在辐射制冷领域，多孔氧化铝陶瓷也有着重要的应用。
首先，多孔氧化铝陶瓷在辐射制冷中扮演着重要的角色，因为
其高表面积和孔隙结构使得它具有优异的吸附性能。
在辐射制冷系
统中，多孔氧化铝陶瓷可以作为吸附剂来吸收热量，实现制冷效果。
其孔隙结构可以提供大量的吸附位点，从而增加吸附量，提高制冷
效率。
其次，多孔氧化铝陶瓷具有良好的热传导性能和热稳定性，这
使得它在辐射制冷系统中能够有效地传递和释放热量。
这对于提高
制冷系统的效率和稳定性至关重要。
此外，多孔氧化铝陶瓷还具有较高的机械强度和化学稳定性，
能够在辐射制冷系统中承受一定的压力和腐蚀，保证系统的可靠运行。
总的来说，多孔氧化铝陶瓷在辐射制冷中发挥着重要作用，其
优异的吸附性能、热传导性能和机械稳定性使得它成为制冷系统中不可或缺的材料之一。
随着辐射制冷技术的不断发展，多孔氧化铝陶瓷在这一领域的应用前景将会更加广阔。
多孔氧化铝陶瓷 辐射制冷
多孔氧化铝陶瓷辐射制冷多孔氧化铝陶瓷辐射制冷是一种新型的制冷技术，它利用多孔氧化铝陶瓷的独特结构和性质，实现了对热量的有效控制和利用。
这种制冷方式具有高效、环保、可靠等优点，正逐渐受到人们的关注和重视。
多孔氧化铝陶瓷的特殊结构使得其具备了较大的表面积和丰富的孔隙。
这些孔隙能够吸附大量的空气分子，形成一个巨大的表面吸附层。
当多孔氧化铝陶瓷受到辐射时，这些吸附层会吸收辐射能量，并将其转化为热能。
然后，这些热能会通过多孔氧化铝陶瓷的导热性质传导到材料的整体，进而散发到周围环境中。
这样一来，多孔氧化铝陶瓷就实现了对热量的吸收和散发，达到了制冷的效果。
多孔氧化铝陶瓷辐射制冷具有高效性能。
由于多孔氧化铝陶瓷的大表面积和丰富孔隙，它能够吸附更多的空气分子，从而吸收更多的辐射能量。
与传统的制冷方式相比，多孔氧化铝陶瓷辐射制冷能够更有效地利用和转化热能，从而实现更高效的制冷效果。
这不仅可以减少能源消耗，还可以降低对环境的影响，符合可持续发展的要求。
多孔氧化铝陶瓷辐射制冷还具有可靠性和环保性。
多孔氧化铝陶瓷作为一种无机材料，具有较高的耐热性和耐腐蚀性，能够在较高温度和恶劣环境下工作。
同时，多孔氧化铝陶瓷制冷系统中不需要使用任何化学制剂或制冷剂，避免了对大气层的破坏和对人体健康的影响。
因此，多孔氧化铝陶瓷辐射制冷是一种安全可靠、环保节能的制冷方式。
总的来说，多孔氧化铝陶瓷辐射制冷是一种具有很高潜力的制冷技术。
它利用多孔氧化铝陶瓷的独特结构和性质，实现了对热量的有效控制和利用。
这种制冷方式具有高效、环保、可靠等优点，有望成为未来制冷领域的重要发展方向。
我们期待着多孔氧化铝陶瓷辐射制冷技术的进一步研究和应用，为人类创造更加舒适和可持续的生活环境。
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多孔氧化铝陶瓷的研究进展李环亭1 孙晓红1 陈志伟1,2(1国家陶瓷与耐火材料产品质量监督检验国家质检中心 山东淄博 255063)(2山东理工大学分析测试中心 山东淄博 255049)摘 要 综合论述了国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法及性能的研究进展,并对目前存在的问题及将来的研究方向进行了展望。
关键词 多孔氧化铝陶瓷 制备方法 性能Research Progress of Porous A lumina CeramicsLi Huanting1,Sun Xiaohon g1,Chen Zhiwei1,2(1National Quality Supervision and Inspection Center for Ceramics and Refractories,Shan dong,Zibo,255063)(2Analysis and Testing Center of Shandong Uni versity of Technology,Shandong,Zibo,255049)Abstract:The paper reviewed the research progress of porous alumina ceramics home and broad.The preparation methods and the proer ties were summaried.Finally,the research direction in the future is given on the porous alumina ceramics.Key words:Porous alu mina ceramics;Preparation methods;Properties前言多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料,通过在材料成形与高温烧结过程中,内部形成大量彼此相通或闭合的微孔或孔洞。
较高的孔隙率的特性,使其对液体和气体介质具有有选择的透过性,较低的热传导性能,再加上陶瓷材料固有的耐高温、抗腐蚀、高的化学稳定性的特点,使其在气体和液体过滤、净化分离、化工催化载体、生物植入材料、吸声减震和传感器材料等众多领域有着广泛的应用前景。
多孔氧化铝陶瓷上述优异的性能和低廉的制造成本,引起了科学界的高度关注。
笔者就目前国内外多孔氧化铝陶瓷的制备方法、性能的研究进展进行综述。
1 多孔氧化铝陶瓷的制备方法多孔氧化铝陶瓷的制备工艺主要包括孔结构的形成,坯体的成形和坯体的烧结3个方面。
关于孔结构形成的方法既有传统的通过机械挤出成孔法、颗粒堆积形成气孔法、添加造孔剂成孔法、发泡工艺成孔法、有机泡沫浸渍成孔法[1],也有新型的铝板阳极氧化法、溶胶-凝胶法等。
关于坯体成形工艺主要有模压成形法[2]、凝胶注模成形法[3]、固体粒子烧结法[4]、挤压成形法[5]等。
如何得到高的气孔率,且能较好地控制孔径及其分布、形状、三维排列等,则需要选择合适的方法和工艺。
下面介绍几种氧化铝多孔陶瓷常用的制备方法。
1.1 造孔剂成孔+凝胶注模法+高温烧结法造孔剂成孔法是将一定量的造孔剂添加到陶瓷坯料中,造孔剂在坯体中会占据一定的空间,经过低温烧结后,造孔剂离开基体形成气孔得到多孔陶瓷。
造孔剂的种类分为有无机和有机两大类。
无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解的盐类,以及煤粉、碳粉等;有机造孔剂主要是天然纤维、高分子聚合物[6]和有机酸等,如淀粉、尼龙纤维等。
目前应用较多的是加入有机造孔剂,且效果较好。
由于造孔剂颗粒的大小及形状决定最终成孔的大小和形状,且造孔剂基金项目:山东省科技攻关项目(耐火材料快速分析方法研究及应用,项目编号:2006GG1108097-06;陶瓷原料综合评价方法建立及应用研究,项目编号2007GG10003047)添加量决定了最终的气孔率,所以选择合适的造孔剂是制备多孔陶瓷的关键问题。
凝胶注模成形法利用料浆内部或少量添加剂的化学反应作用使陶瓷料浆原位凝固形成坯体,获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯,从而显著提高材料的可靠性。
目前,应用造孔剂成孔+凝胶注模法+高温烧结法制备多孔陶瓷是比较普遍的方法,且制得的多孔陶瓷孔结构好,力学性能相对来讲也较理想。
邵庄等采用凝胶注模和加造孔剂的工艺,用甲基丙烯酸羟乙酯(HE MA)取代丙烯酰胺(AM)作为单体,用十二烷基硫酸钠作为造孔剂,将样品于1600!下保温2h烧结,成功制备出了气孔率为80%的、结构均匀的氧化铝多孔陶瓷[7]。
1.2 发泡工艺成孔+凝胶注模成形+高温烧结法发泡工艺成孔是将有机化学物质如长链的表面活性剂,生物大分子如蛋白质[8]或无机化学物质(如碳酸氢铵、碳酸钙、十二烷基磺酸钠等)添加到陶瓷组分中,经处理形成挥发性气体,产生的泡沫经干燥和烧成制得多孔陶瓷。
此工艺的优点是易于控制制品的形状、成分和密度,且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷,尤其特别适用于生产闭气孔的陶瓷制品。
关于有机的发泡剂目前存在如下问题:∀采用传统的长链的表面活性剂发泡制备泡沫的稳定性较差;#在气液界面的吸附能较低,容易脱附,所以在表面张力的作用下,气泡容易出现长大,排水和塌陷等现象,泡沫结构迅速变化,会给后续陶瓷成形工艺带来不便。
杨金龙等采用短链两亲分子戊酸修饰氧化铝颗粒,使其具有部分的疏水性,在机械搅拌的作用下,制备出稳定的泡沫浆料,并结合凝胶注模成形技术,经高温烧结成功制备了高气孔率、高强度的氧化铝泡沫陶瓷[9]。
1.3 有机泡沫浸渍成孔+凝胶注模成形+高温烧结法有机泡沫浸渍成孔法是将制备好的料浆均匀地涂覆在具有开孔的三维网状骨架的有机泡沫网状体上,低温干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。
此方法首先要考虑孔的形状和大小,同时还要求泡沫要有一定的亲水性和足够的回弹性。
另外,还需要考虑泡沫的气化温度,要求低于陶瓷的烧结温度,所以关键问题是有机泡沫的选择。
李飞舟等以P AA-NH4与阿拉伯树胶为分散剂,采用有机泡沫浸渍和凝胶注模工艺制备了不同气孔率的氧化铝陶瓷。
探讨了工艺参数对坯体的干燥和烧结状况的影响,以及有机泡沫的压缩比对多孔陶瓷的气孔率的影响[10]。
1.4 溶胶-凝胶法+高温烧结法溶胶-凝胶法主要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,形成可控的多孔结构。
主要用来制备微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜。
薛明俊等用Sol-Gel法制备氧化铝多孔陶瓷[11]。
A Kritikaki等研究了分别将纳米粉以 -Al2O3粉末和水铝石溶胶两种形式加入微米尺寸的氧化铝粉末中,其弯曲强度和气孔率都得到一定的提高,以溶胶形式成形的多孔氧化铝陶瓷的弯曲强度提高更明显[12]。
1.5 阳极氧化法阳极氧化法是用电化学技术在铝的表面原位生长制备多孔氧化铝膜的一种方法。
通过阳极氧化制备的氧化铝膜是多孔状的、具有六角柱状膜孔结构的膜。
刘东阳等采用阳极氧化法制备多孔氧化铝陶瓷膜,研究了电流密度、氧化时间和电解液对铝表面原位生长多孔氧化铝膜的影响。
当电流密度增大时,电解液对膜层的浸蚀溶解程度加重,电解液进入氧化膜内,会导致孔洞的产生;在较小的电流密度下膜层中基本无孔洞产生。
随氧化时间延长,则会使膜层中本已存在的孔洞尺寸进一步增大,进而孔洞数量下降[13]。
1.6 造孔剂成孔+挤压成形+高温烧结法此方法是通过加入造孔剂成孔,再加入一定量的粘结剂和烧结促进剂,然后将浆料混合练混,挤出成形。
成形后的坯体在低温下除去粘结剂,然后高温烧结制得氧化铝多孔陶瓷。
整个工艺中,核心工序是挤出成形,其中成形模具又是挤出成形的核心技术。
漆虹等以Al2O3为骨料,添加一定数量的烧结促进剂,通过挤出成形,在介于1100~1400!的温度下烧成制备出管式多孔陶瓷支撑体[14]。
Toshihiro Isobe等研究组以聚酸乙烯酯[15]、碳纤维[16]、尼龙66纤维为造孔剂,加入粘接剂和烧结促进剂,通过挤压成形的方法成功制得了具有较好地定向排列的两种尺寸的多孔陶瓷。
其中采用尼龙66纤维为造孔剂,在600!除去粘结剂,于1500!烧结2h,制得了定向排列的微孔尺寸(分别为16 m和4~6 m)的多孔陶瓷[17]。
1.7 新型方法上述介绍的方法为制备多孔陶瓷的较普遍采用的方法。
各种方法都有其自身的优点,但也有不足之处。
如采用发泡工艺成孔时,在一定的温度烧结时,可燃物在燃烧后会留下大量的灰分,且结构不均匀;采用造孔剂工艺成孔时,由于大多数造孔剂的分解温度或燃烧温度较低,当被分解或烧除后,部分气孔会随着温度的升高而封闭或消失。
随着研究的深入,一些新型的制备方法相继涌现。
如:模板法、定向冷冻浇注法、两种方法结合法[18]等。
于景媛等将等直径的发泡聚苯乙烯(EPS)小球排列成有序的模板,通过在模板内离心成形制备孔径均匀的多孔氧化铝陶瓷[19];程晓农等利用Al2O3和木屑混料,分别采用直接烧结和分步炭化烧结的方法制备了一种具有木材管胞组织结构的多孔Al2O3陶瓷[20]。
B yung-Ho Yoon等采用了定向冷冻浇注法制备了多孔氧化铝陶瓷,首先在-3!时制备浆料,之后35!热处理24h,最后在1600!煅烧3h[21]。
Ding Xiangjin等采用溶胶-凝胶工艺与发泡法相结合的方法制备了具有平行通道的多孔氧化铝陶瓷,并分别在800!、1000!、1200!下烧结,结果表明:制品的体积收缩率和压缩强度随着温度的升高而增大。
当烧结温度为1200!时,所得的孔结构不仅具有平行通道,同时还具有双孔结构[22]。
2 多孔氧化铝陶瓷的性能尽管多孔陶瓷具有优异的性能,但由于本身固有的多孔性,导致其具有较大的脆性和较低的裂纹容差,多孔氧化铝陶瓷的上述性能限制了其在实际中的应用。
所以,很多材料科研工作者在研究如何制备具有较好力学性能的多孔陶瓷,或如何对已有的多孔陶瓷进行改性。
目前关于陶瓷增韧的研究常用的方法有相变增韧、颗粒增韧、添加延性相增韧等。
另外,还包括多孔陶瓷的表面激光改性[23],设计氧化铝基的复合体系的多孔陶瓷,寻求新的制备方法等。
李改叶等采用干压成形法,通过添加适量的金属Al粉来增韧Al2O3多孔支撑体,并详细考察了热处理温度对多孔Al2O3 Al支撑体力学性能的影响,研究结果表明:当热处理温度较低时,支撑体内部大量未氧化的铝相是支撑体断裂韧性提高的主要的原因;当热处理温度较高时,铝氧化产生体积膨胀,膨胀裂纹对支撑体断裂韧性的提高贡献很大[24]。
Yang Yong等采用放电等离子体烧结法制备了Al2O3 Al2TiO5复合体系多孔陶瓷。
采用此方法制备的多孔陶瓷壳提高了孔结构的均一性,且力学性能也可得到了明显的提高[25]。
F Pourcel等对多孔氧化铝陶瓷干燥过程中初始阶段的断裂提出了判据[26]。