第6章结构陶瓷化工陶瓷和多孔陶瓷3-pdf

多孔陶瓷

1、概述

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。

多孔陶瓷的种类很多，几乎目前研制及生产的所有陶瓷均可以通过适当的工艺制成多孔体。

根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可分为：

蜂窝陶瓷①粒状陶瓷；②泡沫陶瓷；③蜂窝陶瓷。

陶瓷的气孔率列于下表。

多孔陶瓷

泡沫陶瓷蜂窝陶瓷粒状陶瓷结体气孔率/%80~907030~50

根据孔径大小，陶瓷可分为1000 um 到几十微米的粗孔制品、0.2 ~ 20 um 的微02孔制品和0.2 um 到几纳米的超微孔制品。

2、多孔陶瓷材料的特性

多孔陶瓷材料的特性

化学稳定性好；通过材质的选择和工艺控制，可制成适用于各种腐蚀环境的多

孔陶瓷；

具有良好的机械强度和刚度；在气压、液压或其他应力负载下，多孔陶瓷的孔液压或其他应力负载下多孔陶瓷的孔

道形状和尺寸不会发生变化；

耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶

用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水或高温燃气；

具有高度开口、内连的气孔；

几何表面积与体积比高；

孔道分布较均匀气孔尺寸可控在孔 孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在孔径为范围内，可以制出所

0.05 ~ 600 um

选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。

3、多孔陶瓷的制备

3.1 粒状陶瓷的制备

323.2

蜂窝陶瓷的制备 3.3 泡沫陶瓷的制备

3.1 粒状陶瓷

3.1

一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、烧成。

骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。

成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高温时分解产生气体的物质(如碳酸钙)。在烧结时成孔剂分解，逸出气体起发泡作用，形成连通开孔。

粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形成孔隙。

粒状多孔陶瓷除气孔率较大外，同一般

陶瓷烧结体无大差别。

陶瓷烧结体无大差别

3.2 蜂窝陶瓷

蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许多平行直线开孔，孔径的薄壁多

1~10mm

孔结构。

3.3 泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的多孔结

构。其孔结构与所用的泡沫材料有很大关系（聚构其孔结构与所用的泡沫材料有很大关系（聚

氨酯泡沫，具有独特的十二边内连气孔晶胞结构，

能提供97％的空隙体积）

泡沫陶瓷气孔尺寸范围可从1.2孔/cm的最大

孔到39.37孔/cm的极细孔。

泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷工艺，它采用特别严密的软质泡沫塑料(如聚氨酯)为载体，进而加工成所需形状、尺寸等。

有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原状并足以弹回而没有过量的变形，留下涂覆在泡沫纤维上的陶瓷，然后，经干燥、高温烧结，进而完全烧尽聚合物，最后余下一个内连开口气孔三维网状骨架和孔隙结构(即泡沫结构)的纯粹陶瓷复制品。

陶瓷料浆组成，通常为固体粉末(％重量)

＋10％～40％水。

为了获得更好的性能可分别添加＜为了获得更好的性能，可分别添加＜

15％的莫来石、二氧化锆、氧化镁。

一种陶瓷料浆的组成，见下表所示：

陶瓷料浆的组成

原料

Al 2O 3Cr 2O 3AlPO 4膨润土高岭土一般含量/ %40~951~250.1~12

0.1~12 2.1~25较好含量/ %

45~55

10~170.5~22~512~17

4 多孔陶瓷的应用

4.1 在金属熔体过滤净化技术中的应用4.2 精过滤技术在其他领域的应用

42

4.3 作催化剂载体

4.4 作为隔膜材料

4.5 降低噪声

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

因此在金属熔体

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

的重视。

采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不仅能有效去除合金中的夹杂物和杂质，消除铸造缺陷，而且可大幅度提高合金的力学性能。

精过滤技术在其他领域的应用

①用泡沫陶瓷或蜂窝陶瓷有效地捕获柴油机尾气中小于lum 的炭粒；

②精密气动装置或液压装置中利用孔径约为20um 的陶瓷过滤器，可去除对装置有害的微粒；

③用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；

④利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧处理时的过滤；

⑤以最大孔径为0.9um的多孔陶瓷过

09um

滤管可除去饮料及药液中所含的大肠杆菌。

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。

如泡陶瓷被贵

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稀金属催化剂后，可用于汽车的尾气处，使层气中的CO 、C m H n 化合物转化为CO 2，并能

使捕获的炭粒在较低的温度下起燃使净化过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时

利用多孔陶瓷的这特点可能力，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，

某一反应生成的气体产物而使反应速度加快。