叔丁醇基凝胶注模工艺制备轻质、高强莫来石多孔陶瓷
凝胶注模法制备多孔陶瓷
凝胶注模法制备多孔陶瓷凝胶注模法是一种制备多孔陶瓷的有效方法。
它是一种将溶液注入到模具中制造陶瓷的技术,最终产生高质量的多孔陶瓷。
下面,我们将了解关于凝胶注模法制备多孔陶瓷的详细信息。
第一步:制备凝胶溶液通过混合有机物和无机物来制备凝胶溶液。
以氮气气氛下使用硝酸鋇(Ba(NO3)2)、硝酸钡(Ba(NO3)2)等成分,添加有机发生剂作为凝胶参与剂混合制备凝胶溶液。
在这种特殊的化学反应中,有机溶剂和无机物质相互作用,在生成凝胶的同时会生成许多有机物质,形成稳定的凝胶溶液。
第二步:凝胶注模凝胶注模是将制备好的凝胶溶液注入模具中,通过材料自身的化学性质和各种物理过程形成假定形态,直到凝胶固化。
注入模具的量决定了陶瓷的孔隙率,而模具的形状则决定了陶瓷的形态。
凝胶注模过程中,需要借助机器设备来控制流量和压力等,确保注入凝胶溶液的均匀性和准确性。
第三步:干燥处理将注入凝胶溶液的模具置于干燥室中,进行加热和干燥处理。
这一步骤的目的是让凝胶固化,彻底去除有机物,促进陶瓷的烧结。
在这个过程中,需要逐渐升高温度并保持一定时间,以防止陶瓷产生裂缝或破裂。
第四步:烧结处理将经过干燥处理的陶瓷置于烧结炉中进行高温烧结处理。
这一步骤将会使陶瓷体进行化学反应,形成完整的晶格结构,以增强陶瓷的物理性能。
此外,烧结还有助于完全脱除内部残留微量有机物质,提高多孔陶瓷的性能并增加孔隙率。
总结凝胶注模法是一种高质量、高效的制备多孔陶瓷的方法。
通过精细的操作和多次循环过程,可以获得紧密排列、孔隙均匀的多孔陶瓷。
这种制备方式可以应用于制备陶瓷过滤器、陶瓷复合材料等领域。
叔丁醇基凝胶注模成型制备氧化铝多孔陶瓷
94
NAI H UO CAILI A O
/耐火材料
2011 / 2
第 2期
徐鲲濠 , 等 : 叔丁醇基凝胶注模成型制备氧化铝多孔陶瓷
2011年 4 月
2( a) 的结果一致 ) , 颗粒尺寸有增大的趋势。固相含 量的提高增加了颗粒的接触面积, 在一定 相邻颗粒在表 面接触处相互搭接融合 , 形成烧结颈结构 ; 气孔相互
*
2 结果与分析
2 . 1 坯体的干燥收缩和变形 叔丁醇基和水基凝胶注模成型工艺制备的氧化 铝多孔陶瓷坯体 (固相体积分数均为 10% ) 干燥后形 貌对比见图 1 。可以看出, 与以叔丁醇为溶剂的凝胶 注模成型工艺制备的氧化铝多孔陶瓷坯体 ( 试样 a) 相比 , 以水为溶剂的凝胶注模成型工艺制备的氧化铝 多孔陶瓷坯体 ( 试样 b)干燥后收缩和变形更加严重。 在干燥过程中 , 颗粒间溶剂的蒸发使颗粒相互靠近, 进而毛细管压力增大, 颗粒被进一步拉近, 导致坯体
A l2O 3 浆料的固相体积分数 (分别为 8 %、 10 %、 13% 和 15 % ) 对 1 500
率、 气孔孔径分布 、 耐压强度、 热导率和显微结构的影响。 结果表明 : 当 A l2 O3 浆料的固相体积分数从 8 % 增加 到 15 % 时 , 氧化铝多孔陶瓷烧结体的总气孔率从 71 . 2 % 逐渐降低至 61 . 2 % , 气孔平均孔径从 1. 0 m 逐渐减小 至 0. 78 m, 耐压强度从 16. 0 MP a逐渐增大至 45 . 6 MP a , 而热导率从 1 . 03 W W (m K)
微米级的气孔 -颗粒界面起到显著的声子和光子散射 作用。这两个因素导致了凝胶注模制备的氧化铝多 孔陶瓷具有较低的热导率。而根据 Jam es 提出的有 效介质模型 ( EMT ) , 随着试样气孔率的降低 , 其热导 率必然增大。 2 . 3 烧后试样的显微结构 图 3 为烧后试样的 SEM 图片。可以看出 , 随着 浆料固相含量的提高, 烧后试样气孔率降低 ( 这与图
凝胶注模法制备多孔碳化硅支撑体
备 了平均孔径为 1 3 m, 孔隙率为 3 5 . 2 , 抗弯强 度为 3 1 MP a的多 孔碳 化 硅 支撑 体 , 并 考 察 了有 机 单体含量和固含量对多孔碳化硅孔隙率和抗弯强度
的影 响 ,以及多 孔碳 化硅 的抗 热震 性能 . 为制 备更 大孔 径 、 更 高 渗 透 性 的多 孔碳 化 硅 支 撑体 , 需 采 用大 粒径 的碳 化 硅 颗 粒作 为骨 料 , 但 由 于重 力作 用使 其在 浓悬 浮 液 中容易 沉 降 , 导 致 制备 的多 孔 陶瓷支 撑 体均 一性 差.本 文通 过 控制 有 机单
基双丙 烯 酰 胺 ( MB AM ) , 引 发 剂 为 过 硫 酸 铵
艺[ ” ] .凝胶 注模 法 主要用 于 致密 陶瓷 [ 1 、 平 均孔 径
<5 m 多孔 陶瓷 以及 大 孔 泡 沫 陶 瓷 的制 备 [ ] , 用
于 平 均孔径 大 于 1 0 m 的 多孔 陶 瓷 制 备 方 面 文 献
( 南 京工 业 大学 化 学化 工学 院 , 材料 化 学工 程 国家重 点 实验 室 ,南京 2 1 0 0 0 9 )
摘 要 :以大颗 粒碳 化硅 ( S I C) 为 陶瓷 骨料 , 采 用凝胶 注模 法制备 支撑 体 生坯 , 原 位反 应烧 结 制
备 大孔径 、 高渗透性的 多孔 S i C陶瓷 支撑体 , 主要考察 了有机单体含 量和烧结制度对 高温气 固分 离用陶瓷膜 支撑体性能的影响.研究结果表 明: 适宜的有机 单体含量有助于 S i C颗粒稳
第3 4卷
第1 期
膜
科
学
与
技
术
Vo I . 3 4 No . 1 F e b .2 0 1 4
颗粒稳定泡沫法制备莫来石基多孔陶瓷的结构与性能
n(Al):n(Si)
2.0:1.0 2.2:1.0 2.4:1.0 3.0:1.0 n—Mole.
表 1 实验参量设计 Table 1 Experimental parameters
Solid content Gelatin addition PG addition (accounting for (account-ing for (accounting for total volume)/% solid mass)/% alumina mass)/%
资助。 第一作者:王 涵(1994—),女,硕士研究生。 通信作者:李翠伟(1973—),女,博士,教授。
Received date: 2019–07–17. Revised date: 2019–08–18. First author: WANG Han (1994–), female, Master candidate. E-mail: 17121355@ Correspondent author: LI Cuiwei (1973–), female, Ph.D., Professor. E-mail: cwli@
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《硅酸盐学报》 J Chin Ceram Soc, 2020, 48(6): 824–832
2020 年
图 1 颗粒稳定泡沫法制备莫来石基多孔陶瓷工艺流程图 Fig. 1 Flow chart for preparation of mullite-based porous ceramics by particle-stabilized foaming method
Keywords: mullite; porous ceramics; particle-stabilized; freeze drying; thermal conductivity
发泡—注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能
发泡—注凝成型法制备莫来石柱晶自增强多孔陶瓷及其高温力学和热学性能多孔陶瓷被广泛地应用于高温隔热材料、气/液过滤、净化分离、催化剂载体、吸声减震材料、生物植入材料和传感器材料等。
本文先以Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>、SiO<sub>2</sub>粉或莫来石(Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>)粉为原料,分别以AlF<sub>3</sub>·3H<sub>2</sub>O和TiO<sub>2</sub>为添加剂,通过原位反应的方法制备了Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>晶须/柱晶;在对合成过程热力学分析的基础上,研究了反应温度、添加剂种类和用量以及反应时间等对Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>晶须/柱晶合成过程的影响;依据密度泛函理论(DFT)计算的Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>各晶面对AlF<sub>3</sub>(g)和SiF<sub>4</sub>(g)吸附能的结果,探讨了Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>晶须/柱晶的生长机理;同时也对Al<sub>6</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>13</sub>晶须/柱晶的生长动力学进行了研究。
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万方数据
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第6期周立忠,等:叔丁醇基凝胶注模工艺制备轻质、高强莫来石多孔陶瓷1175
图1不同烧结温度条件下莫来石多孔陶瓷的微观结构
Fig.ISEMmicrographsofthefracturedsurfacesandporesizedistributionofporous
mulliteceramicssinteredatdifferenttemperatures
(a)1250'E;(b)1300。
C;(c)1350。
C;(d)1400"C;(e)1450':E;(f)Poresizedistribution
图2TBA基凝胶注模工艺制备莫来石多孔陶瓷的结构示意图
Fig.2SchematicdrawingofporousmulliteceramicsbyTBAbased—gelcasting
表1叔丁醇和水的物理性能Ⅲ】
Table1PhysicalpropertiesofTBAandwater[10】…/(D等,,睾s蒜‘篇Surfacete冀nsion
度与气孔率的关系曲线,依据公式(1)的表示方法,通过公式拟合,其b值为16.8,远远高于目前所报道的莫来石、碳化硅/堇青石等多孔陶瓷的b值(二者的b值分别为6和4.8)‘14J5。
,这表明在本试验气孑L率范围内,气孔率的微小改变将会引起材料强度的急剧变化,这将有利于在气孔率下降较小的前提下获得更高的强度.
Atisivan等¨钊采用熔融沉积工艺,以氧化镁为烧结助剂,制备了孑L径尺寸为150~400斗m的莫来石多孔陶瓷,在气孔率为40%时,压缩强度约为30MPa.Kim等Ⅲ3以添加氧化铝的聚氧硅烷为原料,制备出孔径小于201xm的莫来石多孔陶瓷,当气孔率为40%和65%时,压缩强度分别为60MPa和15MPa.与文献[16.17]相比,本试验采用叔丁醇基凝胶注模成型方法制备莫来石多孔陶瓷,在相似强度或在相似气孔率条件下能够获得更高的气孔率或更高的强度,结合图1的微观结构观察结果,分析认为其主要
原因为:(1)均匀分布的孔隙结构.这种均匀的孔隙 万方数据
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