多孔陶瓷材料的制备及性能研究
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2. 1 网眼型多孔陶瓷的制备
[5 ]
。下
添加造孔剂法 : 该工艺通过在陶瓷配料中添加造 孔剂 ,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间 ,然后经烧 结 ,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷
[6 ]
。这
种制品既具有较高的气孔率 ( 一般为 50 %左右) , 又具 有很高的强度 。该工艺的关键在于造孔剂的种类和用 量的选择 。对造孔剂的要求是在加热过程中易于排 除 ; 排除后在基体中无有害残留物 ; 不与基体反应 。所 以造孔剂可分为无机物和有机物两类 。无机造孔剂有 碳酸铵 、 碳酸氢铵 、 氯化铵等高温可分解盐类以及其它 可分解的化合物如 Si3 N4 或无机碳如煤粉 、 碳粉等 。 有机造孔剂主要是一些天然纤维 、 高分子聚合物和有 机酸等 ,如锯末 、 萘、 淀粉 、 聚乙烯醇 、 尿素 、 甲基丙烯酸 甲脂 、 聚氯乙烯 、 聚苯乙烯等 。成孔剂颗粒的大小和形 状决定了多孔陶瓷材料气孔的大小和形状 , 气孔率的 高低取决于造孔剂的用量及烧结温度等 。 混料对气孔的分布均匀性起着关键作用 。一般造 孔剂的容重小于陶瓷原料的容重 , 它们的粒度大小也
2. 2 纤维网状结构多孔陶瓷材料的制备
[7 ]
, 即泡沫型和网眼型 。
泡沫型的多孔陶瓷的气孔是孤立的 , 其渗透率很低 。 而网眼型多孔陶瓷为开孔三维网状骨架结构 , 且气孔 是相互贯通的 ,这种多孔陶瓷作为过滤材料具有的显 著特点 : 为流体通过时压降小 , 比表面积大 , 与流体接 触效率高 ,重量轻 。因而这种多孔陶瓷被广泛用作高 温烟气的处理 、 催化剂载体 、 固体热交换器和电极材料 等 。其制备方法有发泡法 、 溶胶 — 凝胶法 、 添加造孔剂 法、 有机泡沫浸渍法和化学气相沉积或渗透法 面主要介绍添加造孔剂法 。
多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔洞 , 孔隙 率较高 、 体积密度小 ,还具有发达的比表面及其独特的 物理表面特性 ,对液体和气体介质有选择的透过性 ,能 量吸收或阻尼特性 ,加之陶瓷材料特有的耐高温 、 耐腐 蚀、 高的化学稳定性和尺寸稳定性 ,使多孔陶瓷这一绿 色材料可以在气体液体过滤 、 净化分离 , 化工催化载 体、 吸声减震 、 高级保温材料 、 生物植入材料 ,特种墙体 材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用
开孔或闭孔结构 ,球状孔隙率为 40 %～90 %
不同 ,因此难以使其混合 。Sonuparlak 等采用 2 种不同
2 多孔陶瓷材料制备技术
多孔陶瓷可分为 2 大类
[4 ]
的混料方法解决了上述问题 。一是如果陶瓷粉末很 细 ,而造孔剂颗粒较粗 , 或造孔剂易溶于粘结剂中 , 可 将陶瓷粉末与粘结剂混合造粒后 , 再与造孔剂混合 。 另一方法是将造孔剂和陶瓷粉末分别制成悬浊液 , 再 将 2 种料浆按一定比例喷雾干燥混合 。 混料均匀后进行成形 。成形方法 主要有模压等 静压 、 轧制 、 注射和粉浆浇注等 ,其中应用比较成功 、 用 的最多的是挤压成形 , 特别是用于工业废气和汽车尾 气净化的蜂窝状陶瓷的成形效果最好 。可以用生淀粉 作造孔剂 ,用浆糊 、 甲基纤维素或聚乙烯醇作增塑剂 , 采用挤压成形制备蜂窝状陶瓷 。注浆成形能使陶瓷粉 料与造孔剂较好的混合 ,制品气孔分布均匀 ,且设备简 单 ,因而这种工艺也被常用 。该工艺的关键是料浆的 制备 。模压成形的优点是简单方便 , 对制品质量要求 不高 ,较小的片状 、 块状或管状的多孔陶瓷都可以用模 压成形 。等静压成形工艺较复杂 ,生产效率低 ,但气孔 分布均匀 ,适于制备大尺寸制品 。粉浆浇注适于制备 复杂形状制品 、 多层过虑器的成形 。
2006. No. 3 陶
瓷 ・1 5 ・
表1 多孔陶瓷的孔特性及应用 制备方法 ① ～④ ⑤ ～⑥ ⑦ ～⑧ ⑨ 孔特性 微孔 ,孔隙率为 0～90 % 胞状或圆柱形通道孔隙率为 5 %～80 % 类似十二 面 体 的 开 孔 孔 隙 结 构 , 孔 隙 率 为
70 %～80 %
μ 孔径 ( m)
0. 002～0. 1 10～10 000 100～5 000 10～2 000
应用 微型滤波器 、 催化剂和酶载体 、 传感器 、 色层分离媒 介、 废水吸附处理系统 、 半透明透镜 催化剂 、 过滤器 、 热交换器 、 轻质结构 金属过滤器 、 热阻材料 、 小质量炉 、 接触反应转炉炉体 金属过滤器 、 热阻材料 、 小质量炉 、 接触反应转炉炉体
1 给出了上述制备方法所得到的孔特性及其应用 。
多孔陶瓷就微孔结构形式可分为 : 闭气孔结构和 开口气孔结构
[2 ]
。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔
分布在连续的陶瓷基体中 ,孔与孔之间相互分离 ,而开 口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通 和一边开口 ,另一边闭口形成不连通气孔两种 。多孔 陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔 , 坯体 中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙 , 坯体形
陶 ・16 ・
2006. No. 3 瓷
为陶瓷纤维制品常用的成形技术 , 它用于陶瓷纤维复 合材料的成形具有以下特点 : ① 成形设备简单 ,成形速 度快 ; ② 可在较低的纤维浓度下成形 ,低浓度的料浆有 利于纤维的充分分散 ; ③ 通过控制成形料浆浓度 、 抽滤 压力及抽滤时间即可控制膜层厚度 ; ④ 通过来自百度文库高成形 真空度 ,可以实现成形半成品的快速干燥 。所以 ,这种 方法被更多的采用 。 一般讲 ,多孔陶瓷材料的真空抽滤成形工艺分内 模吸滤 、 外模吸滤 、 单面吸滤 、 双面吸滤及多面吸滤 5 种 ,经常采用的是内模吸滤 。采用的抽滤系统包括真 空泵系统 、 管路系统 、 料浆搅拌系统 、 储液罐及抽滤模 具 ( 陶瓷支撑体) 等 。其工艺 : 首先将配制好且分散均 匀的陶瓷纤维料浆 ( 包括陶瓷纤维 、 陶瓷骨料 、 陶瓷结 合剂 、 分散剂 、 有机添加剂) 放入成形槽中 ,用经表面处 理的多孔模型浸入料浆槽 ,接入真空系统 ,利用真空泵 形成的负压使料浆吸附在多孔模型的外表面 , 形成一 定厚度的坯体 。坯体的厚度由料浆浓度 、 粘度 、 抽滤压 力、 抽气量及抽滤时间来控制 ,坯体的空隙率则是通过 控制坯体的工艺配方及抽滤压力等来控制 。最后 , 将 成形的坯体脱模 ,干燥 ,烧成 。
图1 空隙率与物理性能的关系
3. 1 力学性能
多孔陶瓷因其多孔结构 , 必然造成材料本身力学 性能的下降 ,并且随着孔隙率的提高 ,力学性能急剧下 降 。但是考虑到多孔陶瓷的应用 , 通过各种手段提高 材料的力学性能已成为当今研究的重要方面 。由于孔 隙是引起材料力学性能变化的主要因素 , 所以在制备 材料中控制孔隙的大小 、 形貌等显得尤为重要 。总的 来讲 ,获得具有很强方向性的孔结构 、 连通的三维网络 结构 、 添加增强相等 ,都能够在某种程度上提高材料的 力学性能 。Phani 和 Niyogi
纤维网状结构多孔陶瓷材料的制备是我们研究项 目的基础 。它通常是指采用陶瓷纤维作为主要原料制 备的一种高孔隙陶瓷材料 , 其结构孔隙率可达 90 %以 上 ,且绝大多数为开口气孔 ,而一般多孔陶瓷材料的孔 隙率最高也只有 50 %左右 。以陶瓷纤维为主要原料 制成的高孔隙网状结构陶瓷材料具有优良的隔热性 能、 抗热震性能 、 过滤性能及质量轻等优点 , 目前被广 泛用做高温隔热材料及高温过滤材料 。纤维网状结构 的多孔陶瓷材料制备工艺通常包括 : 泥浆浸渍法 ; 真空 抽滤法 ; 重力沉降法 ; 化学气相渗积法 ( CVI) 和连续陶 瓷纤维缠绕成形法等 。相比之下真空抽滤成形工艺作
表2 纤维网状结构多孔陶瓷材料的性能 结构 颗粒烧结 纤维编织 纤维结构 陶瓷纤维膜 气孔率 ( %)
40～60 35～55 80～90 50～80
3 多孔陶瓷材料性能研究
孔隙是影响多孔陶瓷性能的关键因素 , 图 1 给出 了孔隙率与一些物理性能之间的关系 。下面将就多孔 陶瓷两个重要的性能进行论述 。
陶 ・14 ・
2006. No. 3 瓷
多孔陶瓷材料的制备及性能研究
罗钊明 王 慧 刘平安 曾令可
( 华南理工大学材料学院 广州 510640)
摘 要 从分析网状结构多孔陶瓷材料的孔隙成形机理着手 ,描述了高孔隙网状结构陶瓷材料的制备工艺 ,包括高孔隙 纤维网状结构陶瓷材料的制备 ,并分析了多孔陶瓷的力学性能及渗透性能 。 关键词 多孔陶瓷 孔隙 制备工艺 力学性能 渗透性
1. 1 多孔陶瓷的孔隙形成机理
基于多孔陶瓷制备过程中孔隙难以控制的特点 , 众多学者根据不同的成孔原理 ,应用特殊的制备方法 , 制备了具有各种独特性能的多孔陶瓷材料 。
P. Sepulveda
[3 ]
在研究中列举了 9 种产生孔隙的方
法: ① 在燃烧过程中燃尽掺入的挥发物和易燃物 ,孔隙 的裂纹 、 大小 、 分布等均由易变相决定 ; ② 固相烧结 ,可 获得孔密度分布均匀的结构 ; ③ 溶胶 — 凝胶法 ,通过相 变或化学反应获得孔隙 ; ④ 高交叉联结无机溶胶的超 临界干燥法制备气凝胶 ; ⑤ 铝板的阳极氧化 ,可获得长 度为 5μ m 有序排列的孔通道 , 用于制备氧化铝传感 器、 过滤器和催化载体等 ; ⑥G ASAR 法 , 利用材料固化 前后对气体溶解度的不同获得孔隙 ; ⑦ 含有空心微球 材料烧结获得的闭孔结构 ; ⑧ 通过聚合物多孔结构的 网络化 ,制备网络状开孔陶瓷 ; ⑨ 陶瓷浆体的发泡 。表
[8 ]
建立了多孔陶瓷孔隙率
n
目前采用真空抽滤成形工艺制备的纤维网络结构 的多孔陶瓷材料有 2 种 , 其一为自支撑的纤维质多孔 陶瓷材料 ,这种材料是以耐火陶瓷纤维 、 高温无机结合 剂、 有机粘结剂等组成 。采用真空抽滤成形工艺成形 , 其材料的孔隙率主要通过控制耐火陶瓷纤维材料的加 入量来控制 ,控制不同的成形工艺参数 ,材料的开口孔 隙率可控制在 70 %～ 95 % 。另外为了克服自支撑的 纤维网状多孔陶瓷材料强度低的缺点 , 目前研制的纤 维质多孔陶瓷材料基本上是以多孔陶瓷作支撑体的一 种陶瓷纤维复合膜式结构 , 其成形方法类似于自支撑 的陶瓷纤维多孔材料 , 只是以多孔陶瓷支撑体代替传 统的多孔模型 ,相对于前者 ,后者强度可有很大程度提 高 。采用真空抽滤成形法生产的纤维网状结构多孔陶 瓷材料的性能见表 2 。
[1 ]
成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程 中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等 。一般采用骨 料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口 气孔的多孔陶瓷制品 , 而采用可燃物或分解物在坯体 内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔 , 采 用机械发泡法形成的气孔基本上都是闭口气孔 。作为 用作过滤 、 布气等使用的多孔陶瓷材料来讲 ,一般都希 望具有较高的开口气孔率 ,围绕这一目的 ,目前国内外 在制备高孔隙多孔陶瓷材料方面进行了较多的研究 , 主要包括采用陶瓷纤维材料的纤维网状结构的多孔陶 瓷材料以及采用有机聚合物前驱体材料的泡沫陶瓷材 料。
1. 2 多孔陶瓷的孔隙形成方法
。孔隙
率作为多孔陶瓷材料的一个主要技术指标 , 其对材料 性能有较大的影响 。一般来讲 , 高孔隙率的多孔陶瓷 材料具有更好的隔热性能和过滤性能 , 因而其应用更 加广泛 。
1 多孔陶瓷的孔隙研究
由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因 素 ,因此在目前比较成熟的多孔陶瓷制备方法的基础 上 ,更加注重通过特殊方法控制孔隙的大小 、 形态 , 以 提高材料性能 ,并相应地建立孔形成 、 长大模型 , 对孔 隙形成的机理进行理论分析 。
[5 ]
。下
添加造孔剂法 : 该工艺通过在陶瓷配料中添加造 孔剂 ,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间 ,然后经烧 结 ,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷
[6 ]
。这
种制品既具有较高的气孔率 ( 一般为 50 %左右) , 又具 有很高的强度 。该工艺的关键在于造孔剂的种类和用 量的选择 。对造孔剂的要求是在加热过程中易于排 除 ; 排除后在基体中无有害残留物 ; 不与基体反应 。所 以造孔剂可分为无机物和有机物两类 。无机造孔剂有 碳酸铵 、 碳酸氢铵 、 氯化铵等高温可分解盐类以及其它 可分解的化合物如 Si3 N4 或无机碳如煤粉 、 碳粉等 。 有机造孔剂主要是一些天然纤维 、 高分子聚合物和有 机酸等 ,如锯末 、 萘、 淀粉 、 聚乙烯醇 、 尿素 、 甲基丙烯酸 甲脂 、 聚氯乙烯 、 聚苯乙烯等 。成孔剂颗粒的大小和形 状决定了多孔陶瓷材料气孔的大小和形状 , 气孔率的 高低取决于造孔剂的用量及烧结温度等 。 混料对气孔的分布均匀性起着关键作用 。一般造 孔剂的容重小于陶瓷原料的容重 , 它们的粒度大小也
2. 2 纤维网状结构多孔陶瓷材料的制备
[7 ]
, 即泡沫型和网眼型 。
泡沫型的多孔陶瓷的气孔是孤立的 , 其渗透率很低 。 而网眼型多孔陶瓷为开孔三维网状骨架结构 , 且气孔 是相互贯通的 ,这种多孔陶瓷作为过滤材料具有的显 著特点 : 为流体通过时压降小 , 比表面积大 , 与流体接 触效率高 ,重量轻 。因而这种多孔陶瓷被广泛用作高 温烟气的处理 、 催化剂载体 、 固体热交换器和电极材料 等 。其制备方法有发泡法 、 溶胶 — 凝胶法 、 添加造孔剂 法、 有机泡沫浸渍法和化学气相沉积或渗透法 面主要介绍添加造孔剂法 。
多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔洞 , 孔隙 率较高 、 体积密度小 ,还具有发达的比表面及其独特的 物理表面特性 ,对液体和气体介质有选择的透过性 ,能 量吸收或阻尼特性 ,加之陶瓷材料特有的耐高温 、 耐腐 蚀、 高的化学稳定性和尺寸稳定性 ,使多孔陶瓷这一绿 色材料可以在气体液体过滤 、 净化分离 , 化工催化载 体、 吸声减震 、 高级保温材料 、 生物植入材料 ,特种墙体 材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用
开孔或闭孔结构 ,球状孔隙率为 40 %～90 %
不同 ,因此难以使其混合 。Sonuparlak 等采用 2 种不同
2 多孔陶瓷材料制备技术
多孔陶瓷可分为 2 大类
[4 ]
的混料方法解决了上述问题 。一是如果陶瓷粉末很 细 ,而造孔剂颗粒较粗 , 或造孔剂易溶于粘结剂中 , 可 将陶瓷粉末与粘结剂混合造粒后 , 再与造孔剂混合 。 另一方法是将造孔剂和陶瓷粉末分别制成悬浊液 , 再 将 2 种料浆按一定比例喷雾干燥混合 。 混料均匀后进行成形 。成形方法 主要有模压等 静压 、 轧制 、 注射和粉浆浇注等 ,其中应用比较成功 、 用 的最多的是挤压成形 , 特别是用于工业废气和汽车尾 气净化的蜂窝状陶瓷的成形效果最好 。可以用生淀粉 作造孔剂 ,用浆糊 、 甲基纤维素或聚乙烯醇作增塑剂 , 采用挤压成形制备蜂窝状陶瓷 。注浆成形能使陶瓷粉 料与造孔剂较好的混合 ,制品气孔分布均匀 ,且设备简 单 ,因而这种工艺也被常用 。该工艺的关键是料浆的 制备 。模压成形的优点是简单方便 , 对制品质量要求 不高 ,较小的片状 、 块状或管状的多孔陶瓷都可以用模 压成形 。等静压成形工艺较复杂 ,生产效率低 ,但气孔 分布均匀 ,适于制备大尺寸制品 。粉浆浇注适于制备 复杂形状制品 、 多层过虑器的成形 。
2006. No. 3 陶
瓷 ・1 5 ・
表1 多孔陶瓷的孔特性及应用 制备方法 ① ～④ ⑤ ～⑥ ⑦ ～⑧ ⑨ 孔特性 微孔 ,孔隙率为 0～90 % 胞状或圆柱形通道孔隙率为 5 %～80 % 类似十二 面 体 的 开 孔 孔 隙 结 构 , 孔 隙 率 为
70 %～80 %
μ 孔径 ( m)
0. 002～0. 1 10～10 000 100～5 000 10～2 000
应用 微型滤波器 、 催化剂和酶载体 、 传感器 、 色层分离媒 介、 废水吸附处理系统 、 半透明透镜 催化剂 、 过滤器 、 热交换器 、 轻质结构 金属过滤器 、 热阻材料 、 小质量炉 、 接触反应转炉炉体 金属过滤器 、 热阻材料 、 小质量炉 、 接触反应转炉炉体
1 给出了上述制备方法所得到的孔特性及其应用 。
多孔陶瓷就微孔结构形式可分为 : 闭气孔结构和 开口气孔结构
[2 ]
。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔
分布在连续的陶瓷基体中 ,孔与孔之间相互分离 ,而开 口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通 和一边开口 ,另一边闭口形成不连通气孔两种 。多孔 陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔 , 坯体 中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙 , 坯体形
陶 ・16 ・
2006. No. 3 瓷
为陶瓷纤维制品常用的成形技术 , 它用于陶瓷纤维复 合材料的成形具有以下特点 : ① 成形设备简单 ,成形速 度快 ; ② 可在较低的纤维浓度下成形 ,低浓度的料浆有 利于纤维的充分分散 ; ③ 通过控制成形料浆浓度 、 抽滤 压力及抽滤时间即可控制膜层厚度 ; ④ 通过来自百度文库高成形 真空度 ,可以实现成形半成品的快速干燥 。所以 ,这种 方法被更多的采用 。 一般讲 ,多孔陶瓷材料的真空抽滤成形工艺分内 模吸滤 、 外模吸滤 、 单面吸滤 、 双面吸滤及多面吸滤 5 种 ,经常采用的是内模吸滤 。采用的抽滤系统包括真 空泵系统 、 管路系统 、 料浆搅拌系统 、 储液罐及抽滤模 具 ( 陶瓷支撑体) 等 。其工艺 : 首先将配制好且分散均 匀的陶瓷纤维料浆 ( 包括陶瓷纤维 、 陶瓷骨料 、 陶瓷结 合剂 、 分散剂 、 有机添加剂) 放入成形槽中 ,用经表面处 理的多孔模型浸入料浆槽 ,接入真空系统 ,利用真空泵 形成的负压使料浆吸附在多孔模型的外表面 , 形成一 定厚度的坯体 。坯体的厚度由料浆浓度 、 粘度 、 抽滤压 力、 抽气量及抽滤时间来控制 ,坯体的空隙率则是通过 控制坯体的工艺配方及抽滤压力等来控制 。最后 , 将 成形的坯体脱模 ,干燥 ,烧成 。
图1 空隙率与物理性能的关系
3. 1 力学性能
多孔陶瓷因其多孔结构 , 必然造成材料本身力学 性能的下降 ,并且随着孔隙率的提高 ,力学性能急剧下 降 。但是考虑到多孔陶瓷的应用 , 通过各种手段提高 材料的力学性能已成为当今研究的重要方面 。由于孔 隙是引起材料力学性能变化的主要因素 , 所以在制备 材料中控制孔隙的大小 、 形貌等显得尤为重要 。总的 来讲 ,获得具有很强方向性的孔结构 、 连通的三维网络 结构 、 添加增强相等 ,都能够在某种程度上提高材料的 力学性能 。Phani 和 Niyogi
纤维网状结构多孔陶瓷材料的制备是我们研究项 目的基础 。它通常是指采用陶瓷纤维作为主要原料制 备的一种高孔隙陶瓷材料 , 其结构孔隙率可达 90 %以 上 ,且绝大多数为开口气孔 ,而一般多孔陶瓷材料的孔 隙率最高也只有 50 %左右 。以陶瓷纤维为主要原料 制成的高孔隙网状结构陶瓷材料具有优良的隔热性 能、 抗热震性能 、 过滤性能及质量轻等优点 , 目前被广 泛用做高温隔热材料及高温过滤材料 。纤维网状结构 的多孔陶瓷材料制备工艺通常包括 : 泥浆浸渍法 ; 真空 抽滤法 ; 重力沉降法 ; 化学气相渗积法 ( CVI) 和连续陶 瓷纤维缠绕成形法等 。相比之下真空抽滤成形工艺作
表2 纤维网状结构多孔陶瓷材料的性能 结构 颗粒烧结 纤维编织 纤维结构 陶瓷纤维膜 气孔率 ( %)
40～60 35～55 80～90 50～80
3 多孔陶瓷材料性能研究
孔隙是影响多孔陶瓷性能的关键因素 , 图 1 给出 了孔隙率与一些物理性能之间的关系 。下面将就多孔 陶瓷两个重要的性能进行论述 。
陶 ・14 ・
2006. No. 3 瓷
多孔陶瓷材料的制备及性能研究
罗钊明 王 慧 刘平安 曾令可
( 华南理工大学材料学院 广州 510640)
摘 要 从分析网状结构多孔陶瓷材料的孔隙成形机理着手 ,描述了高孔隙网状结构陶瓷材料的制备工艺 ,包括高孔隙 纤维网状结构陶瓷材料的制备 ,并分析了多孔陶瓷的力学性能及渗透性能 。 关键词 多孔陶瓷 孔隙 制备工艺 力学性能 渗透性
1. 1 多孔陶瓷的孔隙形成机理
基于多孔陶瓷制备过程中孔隙难以控制的特点 , 众多学者根据不同的成孔原理 ,应用特殊的制备方法 , 制备了具有各种独特性能的多孔陶瓷材料 。
P. Sepulveda
[3 ]
在研究中列举了 9 种产生孔隙的方
法: ① 在燃烧过程中燃尽掺入的挥发物和易燃物 ,孔隙 的裂纹 、 大小 、 分布等均由易变相决定 ; ② 固相烧结 ,可 获得孔密度分布均匀的结构 ; ③ 溶胶 — 凝胶法 ,通过相 变或化学反应获得孔隙 ; ④ 高交叉联结无机溶胶的超 临界干燥法制备气凝胶 ; ⑤ 铝板的阳极氧化 ,可获得长 度为 5μ m 有序排列的孔通道 , 用于制备氧化铝传感 器、 过滤器和催化载体等 ; ⑥G ASAR 法 , 利用材料固化 前后对气体溶解度的不同获得孔隙 ; ⑦ 含有空心微球 材料烧结获得的闭孔结构 ; ⑧ 通过聚合物多孔结构的 网络化 ,制备网络状开孔陶瓷 ; ⑨ 陶瓷浆体的发泡 。表
[8 ]
建立了多孔陶瓷孔隙率
n
目前采用真空抽滤成形工艺制备的纤维网络结构 的多孔陶瓷材料有 2 种 , 其一为自支撑的纤维质多孔 陶瓷材料 ,这种材料是以耐火陶瓷纤维 、 高温无机结合 剂、 有机粘结剂等组成 。采用真空抽滤成形工艺成形 , 其材料的孔隙率主要通过控制耐火陶瓷纤维材料的加 入量来控制 ,控制不同的成形工艺参数 ,材料的开口孔 隙率可控制在 70 %～ 95 % 。另外为了克服自支撑的 纤维网状多孔陶瓷材料强度低的缺点 , 目前研制的纤 维质多孔陶瓷材料基本上是以多孔陶瓷作支撑体的一 种陶瓷纤维复合膜式结构 , 其成形方法类似于自支撑 的陶瓷纤维多孔材料 , 只是以多孔陶瓷支撑体代替传 统的多孔模型 ,相对于前者 ,后者强度可有很大程度提 高 。采用真空抽滤成形法生产的纤维网状结构多孔陶 瓷材料的性能见表 2 。
[1 ]
成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程 中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等 。一般采用骨 料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口 气孔的多孔陶瓷制品 , 而采用可燃物或分解物在坯体 内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔 , 采 用机械发泡法形成的气孔基本上都是闭口气孔 。作为 用作过滤 、 布气等使用的多孔陶瓷材料来讲 ,一般都希 望具有较高的开口气孔率 ,围绕这一目的 ,目前国内外 在制备高孔隙多孔陶瓷材料方面进行了较多的研究 , 主要包括采用陶瓷纤维材料的纤维网状结构的多孔陶 瓷材料以及采用有机聚合物前驱体材料的泡沫陶瓷材 料。
1. 2 多孔陶瓷的孔隙形成方法
。孔隙
率作为多孔陶瓷材料的一个主要技术指标 , 其对材料 性能有较大的影响 。一般来讲 , 高孔隙率的多孔陶瓷 材料具有更好的隔热性能和过滤性能 , 因而其应用更 加广泛 。
1 多孔陶瓷的孔隙研究
由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因 素 ,因此在目前比较成熟的多孔陶瓷制备方法的基础 上 ,更加注重通过特殊方法控制孔隙的大小 、 形态 , 以 提高材料性能 ,并相应地建立孔形成 、 长大模型 , 对孔 隙形成的机理进行理论分析 。