（材料學(xué)專業(yè)論文）有機(jī)模板浸漬工藝制備網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究.pdf

高等學(xué)校教師碩士學(xué)位論文 摘要 多孔陶瓷 p o r o u sc e r a m i c s 具有低密度 高滲透率 抗腐蝕 良好晦隔熱性 能 耐高溫和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn) 是一種新型功能材料 目前多孔陶瓷的應(yīng)用已 遍及冶金 化工 能源 環(huán)保 生物等多個(gè)領(lǐng)域 引起了材料科學(xué)工作者的高度 關(guān)注 網(wǎng)眼多孔陶瓷的制備方法通常有微波加熱工藝 添加造孔劑工藝 溶膠一 凝膠工藝 有機(jī)泡沫涂層工藝 顆粒堆積工藝 發(fā)泡工藝等 有機(jī)模板浸漬工藝是制備網(wǎng)眼多孔陶瓷的經(jīng)濟(jì)實(shí)用方法 根據(jù)使用目的和對(duì) 材料性能要求的不同 可以制備出不同材質(zhì)的網(wǎng)眼多孔陶瓷 但以往多集中在堇 青石 莫來石 氧化鋁 碳化硅等材質(zhì)上 因成本相對(duì)較高 在推廣應(yīng)用中受到 較大制約 為此 本文選用來源豐富且價(jià)格低廉的瓷石 高嶺土 長(zhǎng)石等為基礎(chǔ)一 料 制備了一種廉價(jià)的網(wǎng)眼多孔陶瓷 論文首先對(duì)有機(jī)模板體進(jìn)行了t g d s c 熱分析 以確定合理的燒成制度 通過組成設(shè)計(jì)優(yōu)化了漿料的配方 確定本實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)漿料配方為瓷石5 0 長(zhǎng)石2 5 方解石1 3 白云石1 2 外加滑石7 和膨潤(rùn)土3 然后對(duì)有機(jī)模板浸漬工藝進(jìn) 行了深入的研究 系統(tǒng)分析了影響有機(jī)模板體掛漿量的因素 通過優(yōu)化工藝參數(shù) 使得載體涂覆量大大提高 改善了載體的性能 為了提高催化劑在載體上的負(fù)載 量 實(shí)驗(yàn)中采用松香皂與漿料混合打泡的工藝方法使涂覆在素?zé)黧w的表面氣孔 增加 從而達(dá)到增大載體的比表面積和對(duì)催化劑的負(fù)載量 采用氫氧化鈉和聚丙烯酰胺 p o l y a c r y l a m i d e 溶液對(duì)有機(jī)模板孔筋表面進(jìn) 行處理 使?jié){料在有機(jī)模板上的掛漿量明顯增加 實(shí)驗(yàn)得出氫氧化鈉和聚丙烯酰 胺溶液的最佳濃度分別為3 m o l l 和2 9 l 漿料固含量 添加劑和相對(duì)輥間距是 影響網(wǎng)眼多孔陶瓷性能的重要因素 適當(dāng)?shù)靥岣邼{料的固含量可以增加漿料粘度 及觸變性 固含量的最佳優(yōu)化值為7 3 w t 相對(duì)輥間距 1 h 為4 1 6 時(shí)有機(jī)模板 上的掛漿量最為合適 并且賦予多孔陶瓷足夠的強(qiáng)度 隨著漿料中c m c 加入量 的增大 有機(jī)模板的掛漿量也增加 但當(dāng)c m c 的加入量 0 5 時(shí) 因料漿的粘度 太大而無法正常掛漿 加入0 5 的c m c 不僅使有機(jī)模板有較高的掛漿量而且還使 漿料具有較好的流動(dòng)性和觸變性 有利于料漿的浸漬和多余料漿的擠出 采用松香皂與漿料混合打泡工藝產(chǎn)生的大量泡沫 使涂覆在素?zé)黧w的表面 的氣孔增加 從而增大了載體的比表面積和對(duì)催化劑的負(fù)載量 選用濃度為1 7 3 的泡沫漿料對(duì)多孔陶瓷載體二次上漿 有利于增大陶瓷載體網(wǎng)眼的比表面積 對(duì)裝煤逸出煙氣的凈化效果提高了1 0 以上 關(guān)鍵訶 多孔陶瓷 有機(jī)模板法 浸漬工藝 表面改性 有機(jī)模板浸漬t 藝制各網(wǎng)脧町控多孔陶瓷的研究 a b s t r a c t t h ep o r o u s c e r a m i c sh a st h ea d v a n t a g e so fl o wd e n s i t y h i g hp e n e t r a t i o n c o e f f i c i e n t c o r r o s i o nr e s i s t a n c e g o o dh e a ti n s u l a t i o np e r f o r m a n c e t h e r m o s t a b l e a n dl o n gs e r v i c el i f ee t c i ti so n ek i n do fn e wf u n c t i o n a lm a t e r i a l s n o wt h e a p p l i c a t i o n s o fp o r o u sc e r a m i c sh a v e b e e n s p r e a d i n g t h ef i e l d so f m e t a l l u r g y c h e m i c a li n d u s t r y e n e r g y e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n b i o l o g ya n ds oo n i ti s r e c e i v i n gm o r ea n d m o r ea t t e n t i o n sb yr e s e a r c h e r s t h eo r g a n i ct e m p la t eb o d ys o a k i n gm e t h o di st h ee c o n o m i c a la n dp r a c t i c a l m e t h o do fp r e p a r i n gt h em e s h p o r o u sc e r a m i c s a c c o r d i n g t ot h ed i f f e r e n t a p p l i c a t i o n sa n dr e q u i r e m e n t s t h em e s hp o r o u sc e r a m i cm a t e r i a l sw i t hd i f f e r e n t p r o p e r t i e sc a nb eo b t a i n e d w h i c ha r eu s u a l l ym a d eo fc o r d i e r i t e m u l l i t e a l u m i n a c a r b o r u n d u ma n d8 0o n t h e ya r eo f t e nl i m i t e di nt h ea p p l i c a t i o n sb e c a u s eo ft h e r e l a t i v eh i g h e rc o s t i nt h i sw o r k t h em u c ha b u n d a n ta n dc h e a p e rn a t u r a lm a t e r i a l s s u c ha sp o r c e l a i ns t o n e k a o l i n e f e l d s p a rw e r ec h o s e nf o rt h ep r o d u c t i o no fm e s h p o r o u sc e r a m i c s f i r s t l y t h et g d s ct h e r m a la n a l y s i so nt h eo r g a n i cp r e c u r s o rw a sc a r r i e do u t f o rd e s i g n i n gt h er e a s o n a b l eb u r n i n gs c h e d u l e t h eo p t i m i z e dc o m p o s i t i o n so ft h e m e s hp o r o u sc e r a m i c sa r ep o r c e l a i ns t o n e5 0 f e l d s p a r2 5 c a l c s p a r1 3 d o l o m i t e1 2 a n da d d i t i o n a ls t e a t i t e7 a n db e n t o n i t e3 t h e n t h es o a k i n g t e c h n o l o g yf r o mo r g a n i cp r e c u r s o rw a si n v e s t i g a t e d t h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h e s l u r r yl o a d i n gi nt h ef o a mw e r ea n a l y z e da n dt h es o a k i n gp a r a m e t e r sw e r eo p t i m i z e d i no r d e rt oi n c r e a s et h ec a p a c i t yo fc a t a l y s to nc a r r i e r m o r ep o r e so ns u r f a c eo f b i s c u i tb o d yc a nb ep r e p a r e db ym i x i n gc o l o p h o n ys o a pa n ds l u r r y u s i n gt h em i x t u r es o l u t i o n o fn a o ha n dp o l y a c r y l a m i d et o m a n i p u l a t et h e o r g a n i cp r e c u r s o rb o d yc a no b v i o u s l yi m p r o v et h eq u a n t i t yo fs l u r r yl o a d i n g0 1 1t h e p r e c u r s o r a n dt h eb e s tc o n c e n t r a t i o n so fn a o h a n dp o l y a c r y l a m i d ea r e3 m o l la n d 2 1r e s p e c t i v e l y t h es o l i dc o n c e n t r a t i o n a d d i t i v e sa n dt h er e l a t i v er o l l e rs p a c ea r e t h ei m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n gt h ep e r f o r m a n c eo fm e s hp o r o u sc e r a m i c s a n dt h e o p t i m i z e dv a l u eo ft h es o l i dc o n t e n ta n dt h er e l a t i v er o l l e rd i s t a n c e 1 h a r e7 3 w t a n d4 16r e s p e c t i v e l y t h es l u r r yl o a d e di nt h ef o a mi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo f c m cc o n t e n t a n dt h eb e s tv a l u ei sl o c a t e da t0 5 w h i c hc a ni m p r o v et h ev i s c o s i t y a n df l u i d i t yo fs l u r r y m o r ep o r e so nt h es u r f a c eo fg r e e nb o d yw e r eo b t a i n e db ym i x i n gc o l o p h o n y s o a pw i t hs l u r r ys oa st op r e p a r et h ec a r r i e r sw i t hl a r g e rs p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n d c a t a l y s tc a p a c i t y t h ef i n a lm e s hp o r o u sc e r a m i c sw i t hh i g h e rr a t i oo fs p e c i f i c 高等學(xué)校教師碩十學(xué)位論文 s u r f a c ea r e aw e r ep r e p a r e db yu s i n gt h ef o a ms l u r r yi n1 7 二3 c o n c e n t r a t i o nf o rt w o t i m e s a n dt h ef i l t r a t i n ge f f i c i e n c yf o rc o a ls m o k i n gi n c r e a s e d1 0 b yt h ep o r o u s c e r a m i c sc a r r i e r k e yw o r d s p o r o u sc e r a m i c s o r g a n i cp r e c u r s o r s o a k i n gt e c h n o l o g y s u r f a c em o d i f i e r i v 有機(jī)模板浸漬工藝制各網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究 插圖索引 圖2 1 浸漬工藝制備泡沫陶瓷的工藝流程 1 3 圖2 2 漿料擠出示意圖 1 5 圖2 3 浸漬試樣的干燥曲線 1 6 圖z 4 浸漬試樣燒成曲線 1 7 圖2 5 燒結(jié)體抗壓強(qiáng)度測(cè)試裝置示意圖 1 8 圖2 6 凈化效果實(shí)驗(yàn)裝置示意圖 1 9 圖3 1 有機(jī)模板體的t g d s c 分析曲線 2 0 圖3 2f 3 斧和f 4 帶配方料在1 1 5 0 下燒結(jié)樣品的x r d 圖譜 2 3 圖3 3 堿處理前后多孔陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 2 5 圖3 4 堿溶液的濃度對(duì)泡沫體掛漿量的影響 2 6 圖3 5 改性劑的濃度對(duì)泡沫體掛漿量的影響 2 7 圖3 6 改性前后多孔陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 一2 7 圖3 7 改性劑濃度對(duì)網(wǎng)眼多孔陶瓷抗壓強(qiáng)度的影響 2 8 圖3 8c m c 的用量對(duì)掛漿量的影響 3 1 圖3 9 漿料的固含量對(duì)掛漿量的影響 3 2 圖3 1 0 不同固含量網(wǎng)眼多孔陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 3 3 圖3 1 1 固含量對(duì)漿料粘度的影響 3 4 圖3 1 2 相對(duì)輥間距對(duì)掛漿量的影響 3 4 圖3 1 3 不同相對(duì)輥間距下制備的網(wǎng)眼多孔陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 3 5 圖3 1 4 相對(duì)輥間距對(duì)網(wǎng)眼多孔陶瓷抗壓強(qiáng)度的影響 3 6 圖3 1 5 造孔前后網(wǎng)眼多孔陶瓷孔的形貌 3 6 圖3 1 6 凈化前后逸出煙氣主要污染物c o h 2 s c h 4 含量 3 8 圖3 1 7 凈化前后煙氣主要污染物s 0 2 n o x t s p 含量 3 8 v 高等學(xué)校教師碩士學(xué)位論文 附表索引 表2 1 實(shí)驗(yàn)原料 1 1 表2 2 原料的化學(xué)組成 一1 1 表2 3 儀器設(shè)備一覽表 1 2 表3 1 實(shí)驗(yàn)配方用原料組成 2 1 表3 2 試樣結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果 2 2 表3 3 實(shí)驗(yàn)優(yōu)化配方 2 3 表3 4 實(shí)驗(yàn)漿料的性能 2 4 表3 5 分散劑對(duì)漿料性能的影響 2 8 表3 6c m c 加入方法對(duì)料漿粘度的影響 3 1 表3 7 泡沫液濃度對(duì)造孔效果的影響 3 7 表3 8 裝煤逸出煙氣主要污染物含量m g m 3 3 7 湖南大學(xué) 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所 取得的研究成果 除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外 本論文不包含任 何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品 對(duì)本文的研究做出重要貢 獻(xiàn)的個(gè)人和集體 均已在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全意識(shí)到本聲明盼 法律后果由本人承擔(dān) 作者簽名 詁 j 勇 日期 加 年7 月沙日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意 學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文 被查閱和借閱 本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編 入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯 編本學(xué)位論文 本學(xué)位論文屬于 1 保密口 在 年解密后適用本授權(quán)書 2 不保團(tuán) 請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打 作者簽名 詁 厲 導(dǎo)師簽名 峭 日期 砌各年弓月妒日 日期 刃時(shí)年 月砌日 高等學(xué)校教師碩十學(xué)位論文 1 1 多孔陶瓷概述 第1 章文獻(xiàn)綜述 多孔陶瓷是由具有一定形狀和孔徑的氣孔在陶瓷基體中規(guī)則或不規(guī)則分布 盼一類陶瓷材料 根據(jù)孔徑的大小 國(guó)際純化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì) i u p a c 將 多孔材料分為三類 孔徑處于2 5 0 n m 之間的為介孔材料 如鋁硅酸鹽介孔分子 篩材料 孔徑小于2 n m 的為微孔材料 如沸石分子篩 而孔徑大于5 0 n m 的則為 大孔材料 如網(wǎng)眼多孔晦瓷等 l 2 1 根據(jù)孔的性質(zhì)還可以分為具有連通氣孔和封 閉氣孔的多孔陶瓷 前者主要用于催化 分離 過濾等 后者則主要用于隔熱保 溫等 本文主要以具有連通氣孔結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼多孔陶瓷為研究對(duì)象 因此 封閉氣 孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷在此不作評(píng)述 1 2 多孔陶瓷的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 9 7 8 年美國(guó)f r m o l l a r d 和n d a v i d s o n 等1 3 首先利用氧化鋁 高嶺土等制成 多孔陶瓷并用于鋁合金鑄造的過濾 發(fā)現(xiàn)這種多孔陶瓷可以顯著提高鑄件的質(zhì) 量 降低廢品率 此后 英 俄 德 日 瑞士等國(guó)紛紛開展了多孔陶瓷的研究 d a u s c h c r 等 4 l 以t i o c h c h 3 2 4 和c c c l 3 7 h 2 0 為原料 用溶膠一凝膠法制備了 t i 0 2 c 0 0 2 復(fù)相材料多孔陶瓷 e c h i n o s c 等f 5 j 在d a u s c h e r 的基礎(chǔ)上 提出了用 假 凝膠 的方法制各多孔陶瓷 1 9 9 5 年 w a n g 等 6 提出凝膠澆注成形工藝 采用 a a 1 2 0 3 為骨料 碳粉為成孔劑 制備了孔隙率為4 0 5 0 平均孔徑為2 5 p m 的多孔陶瓷 日本學(xué)者k s u g i y a m a 7 提出了先驅(qū)體化學(xué)氣相滲透 p c v i 工藝 他以多孔碳為基體 在高溫條件下 將s i c l c h 4 h 2 以脈沖的形式通入多孔體中 經(jīng)s i c l 4 與c h 4 反應(yīng)制備出抗壓強(qiáng)度為1 8 2 5 m p a 的s i c 多孔陶瓷 1 9 9 7 年 s w i t h 8 l 將泡沫模板法同結(jié)構(gòu)陶瓷制備中的注凝成形方法結(jié)合起來 提出了泡沫 注凝法 制備了抗彎強(qiáng)度高達(dá)2 6 m p a 的多孔氧化鋁陶瓷 該法最大的特點(diǎn)是生 坯在氣孔率高達(dá)9 0 時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度 m a k o t o 9 l 等用無包套 熱等靜壓法 制備了t i 0 2 多孔陶瓷過濾器 這種過濾器具有比用其它方法制各的陶瓷過濾器 有更高的滲透速率以及更窄的孔徑分布 1 9 9 8 年 j h p a r k 等 1 0 開發(fā)了一種無 壓粉末成形工藝 將a 1 2 0 3 粉末倒入硅膠模內(nèi) 振動(dòng)密實(shí)后 滲入甲基纖維素溶 液作為粘結(jié)劑 干燥脫模 得到坯體 制備了氣孔率為5 0 7 0 的多孑l 陶瓷體 該工藝不損傷骨料顆粒 可以成形形狀復(fù)雜的制品 且骨料和粘結(jié)劑分布均勻 適于制備多孔材料 在日本 青森工業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)的圓部敏弘 t o s h i h i r oo k a b c 等 r i d 4 1 于1 9 9 0 年首先提出了一種新型多孔炭一陶復(fù)合材料一木材陶瓷的概念 并 與其他學(xué)者一起 在該方向進(jìn)行了一些可貴的探索研究 為一種具有生物遺傳結(jié) 有機(jī)模板浸漬t 藝制備網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究 構(gòu)的新型多孔陶瓷的研究奠定了基礎(chǔ) 研究人員對(duì)木材陶瓷的電磁屏蔽特性 溫 濕特性 強(qiáng)度 耐磨性 電學(xué)性能等進(jìn)行了評(píng)價(jià) 我國(guó)對(duì)多孔陶瓷的研制始于上世紀(jì)8 0 年代 1 9 9 4 年 彭長(zhǎng)棋等 以天然石 英為骨料 選擇合適的助劑和燒成翩度制備了氣孔率為3 5 一4 5 孔徑為 5 3 0 1 x m 適用于過濾液體 氣體 蒸汽的石英質(zhì)多孔陶瓷 陸平 l6 研究了以氧 化鋁為原料 用碳化硅和活化劑混合物作粘合劑 用碳酸氫銨作發(fā)泡劑制得過濾 器用氧化鋁多孔陶瓷 最終得到的試樣氣孔率為3 5 4 0 抗彎強(qiáng)度約為 3 0 m p a 1 9 9 6 年 周勇等 1 7 j 采用造孔劑法對(duì)多孔a 1 2 0 3 陶瓷的制備進(jìn)行了研究 1 9 9 7 年 孫宏偉等 1 8 用固態(tài)燒結(jié)法成功地制備了平均孔徑為0 4 5 1 x m 孔隙率為 5 0 的多孔陶瓷膜管 這種膜管可用于微過濾或作為陶瓷膜載體 王連星等1 1 9 以剛玉為骨料 碳粉為造孔劑 采用注漿成形制得了氣孔率在5 0 一5 6 抗彎 強(qiáng)度大于2 0 m p a 孔徑小于4 5 0 1 x m 的系列孔徑高強(qiáng)度多孔陶瓷過濾材料 1 9 9 8 年 龔森蔚等 2 0 采用聚甲基丙烯甲酯作為造孔劑制備了孔徑可控的羥基磷灰石 復(fù)相陶瓷 1 9 9 9 年 姚秀敏等1 2 1 以碳粉為造孔劑 研究了多孔羥基磷灰石陶瓷的 制備方法及性能 曹小剛等 2 2 選用石墨作為造孔劑 加入已分散良好的氧化鋁漿 料中 球磨均勻后注模成形制備了孔徑為1 5 3 0 1 x m 的多孔氧化鋁陶瓷 張銳等 2 3 選用s i c 顆粒作為多孔陶瓷的骨料 用長(zhǎng)石 石英 粘土組成低共熔混合物 形 成晶界玻璃相結(jié)合劑 活性炭作為成孔劑 采用注漿成形工藝對(duì)多孔s i c 陶瓷的 性能進(jìn)行了研究 2 0 0 2 年 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所采用有機(jī)模板浸漬工藝 制備了高強(qiáng)度的s i c 網(wǎng)眼多孔陶瓷材料 并于2 0 0 3 年實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化1 2 4 2 們 1 3 多孔陶瓷的制備工藝 根據(jù)使用目的和對(duì)材料性能要求的不同 已經(jīng)發(fā)展了多種多孔陶瓷的制備工 藝 如添加造孔劑工藝 有機(jī)模板浸漬工藝 發(fā)泡工藝 溶膠凝膠工藝等 根據(jù) 成孔原理的不同 多孔陶瓷的制備工藝主要有以下幾種 1 添加造孔劑成孔的制備工藝 該工藝的特點(diǎn)是通過在陶瓷配料中添加易揮發(fā)性組分 如碳酸鈣 碳粉 鋸 末屑 淀粉 酵母粉 聚乙烯醇 p v a 聚甲基丙烯酸甲酯 p m m a 等 利用 這些物質(zhì)在成形時(shí)占據(jù)坯體中的一定空間 然后在燒結(jié)過程中被排除后形成的氣 孔來獲得多孔陶瓷 也有采用一些熔點(diǎn)較高 溶于水 酸或堿溶液的各種無機(jī)鹽 或其它化合物如n a s 0 4 n a c l c a s 0 4 c a c l 2 等作為造孔劑的 待基體燒結(jié)后 用水 酸或堿溶液浸出造孔劑而成為多孔陶瓷 這類造孔劑適用于玻璃質(zhì)較多的 多孑l 陶瓷制備 該工藝的優(yōu)點(diǎn)在于通過優(yōu)化骨料顆粒和造孔劑的形狀 粒徑以及 控制制備工藝條件能精確設(shè)計(jì)氣孔的形狀 尺寸和氣孔率 其缺點(diǎn)是難獲得高氣 孔率制品 氣孔分布的均勻性較差 脫除造孔劑的過程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力 造成裂 2 高等學(xué)校教師碩l 學(xué)位論文 紋缺陷 為了改善混料的均勻性 s o n u p a r l a k 等 z 7 提出了兩種新的混料方法 一 是如果陶瓷粉末很細(xì) 而造孔劑顆粒較粗或造孔劑溶于溶劑中 可以將陶瓷粉末 與粘結(jié)劑混合造粒后再與造孔劑混合 另一方法是將造孔劑和陶瓷粉末分別制成 懸浮液 再將兩種漿料按一定的比例噴霧干燥達(dá)到均勻混合的目的 此外 還可 采用凝膠注模和淀粉固化以及自蔓延高溫合成法來獲得這類多孔陶瓷 2 機(jī)械擠壓成孔的制備工藝 擠壓成孔的制備工藝是先將陶瓷組分 粘結(jié)劑 增塑潤(rùn)滑劑等混合 攪拌成 泥料 然后在練泥機(jī)中混練 并輔以真空消除氣泡 使泥料混合均勻 之后進(jìn)行 陳化 使泥料中液相組分更加均勻 得到具有良好塑性的泥料 將泥料通過具有 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的模具擠壓成形 得到均勻的陶瓷素坯 經(jīng)干燥 脫膠 燒結(jié)后得到形 狀規(guī)則的蜂窩狀多孔陶瓷 2 引 該工藝可以通過模具設(shè)計(jì)來控制孔的形狀和大小 常見的孔的形狀有三角形 棱形 正方形 六邊形等 用該工藝生產(chǎn)的多孔陶瓷 素坯一般強(qiáng)度較低 容易變形 并可能產(chǎn)生表面凹坑和起跑 開裂 分層以及由 于泥料的不均勻而引起的裂紋等缺陷 所以對(duì)泥料的性能有嚴(yán)格的要求 而且不 能成形復(fù)雜孔道結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷 3 顆粒堆積成孔的制備工藝 本工藝的特點(diǎn)是根據(jù)固體顆粒堆積理論 利用顆粒之間產(chǎn)生的空隙 得到多 孔結(jié)構(gòu) 一般而言 顆粒越大 形成的多孔陶瓷平均孔徑越大 顆粒尺寸分布范 圍越窄 所得到的多孔體微孔的分布越均勻 該工藝一般把具有一定顆粒級(jí)配的 粉料混合均勻 壓制成形后 進(jìn)行燒結(jié) 在燒結(jié)過程中 由于高溫時(shí)產(chǎn) 生液態(tài)的 玻璃相 使陶瓷顆粒相互接觸的部分被粘結(jié)在一起 顆粒間的空隙形成相互貫通 的微孔 粉料中顆粒的形狀 粒徑 粒徑分布 添加劑的種類和用量 燒成制度 等對(duì)制品的孔徑大小和孔徑分布均有重要的影響 4 陶瓷料漿的發(fā)泡成孔工藝 此工藝方法是通過物理或化學(xué)的方法使陶瓷料漿中產(chǎn)生氣泡 然后固化得到 多孔的結(jié)構(gòu) 料漿一般包括陶瓷原料 水 表面活性劑 聚合物單體 催化劑 交聯(lián)劑 引發(fā)劑等 引入氣泡的方法分為物理方法和化學(xué)方法 物理方法一般是 通過壓力鼓泡 機(jī)械攪拌來引入氣泡 氣泡的形成及最終穩(wěn)定存在的時(shí)間很關(guān)鍵 一些氣泡可能會(huì)合并成較大的氣泡 當(dāng)過大的氣泡出現(xiàn)導(dǎo)致薄膜裂開時(shí) 氣泡消 失 如果這些泡沫部分或全部破裂則形成開口結(jié)構(gòu) 因此 只有對(duì)發(fā)泡的懸浮體 進(jìn)行凝固 如凝膠注模 溶膠一凝膠等技術(shù)才能使泡沫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 并使泡沫有一 定的壽命 從而獲得理想的多孔陶瓷 b i n n e r 等1 2 9 報(bào)道了采用一種d e c o n 7 5 的 穩(wěn)定劑 使用機(jī)械方法打泡 再在陶瓷漿料中混合 并加入瓊脂 a g a r 作為泡 沫穩(wěn)定劑 獲得了相對(duì)密度 1 5 的開孔羥基磷灰石泡沫陶瓷 化學(xué)方法則是通 過金屬 碳酸鹽 硫化物等與酸堿反應(yīng)生成氣體 通過溶解的低熔點(diǎn)溶劑 如氟 3 有機(jī)模板浸漬工藝制備網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究 利昂 的揮發(fā)生成氣體 物質(zhì)分解 如雙氧水 或者通過溶入的高壓氣體的突然 減壓引入氣體等 當(dāng)料漿里的氣體達(dá)到一定程度時(shí) 通過加入引發(fā)劑或者加熱等 使料漿逐漸凝固 使氣體不再溢出而被固定在素坯內(nèi)部 得到多孔結(jié)構(gòu) 5 溶膠一凝膠制各工藝 本工藝主要用于制備微孔的陶瓷膜 通過凝膠具有獨(dú)特的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來獲 得孔徑在2 1 0 0 n m 的多孔陶瓷 如丫 a 1 2 0 3 t i 0 2 s i 0 2 z r 0 2 等 3 0 一般 是用金屬的醇鹽或者金屬有機(jī)鹽為原料 在一定介質(zhì)和催化劑存在的條件下 進(jìn) 行水解或者聚合反應(yīng) 使溶液從溶膠變?yōu)槟z 再經(jīng)干燥 熱處理而得到多孔的 陶瓷薄膜 6 多孔模板復(fù)制法成孔的制備工藝 本工藝是利用現(xiàn)有的具有多孔結(jié)構(gòu)的有機(jī)或者無機(jī)模板 然后通過浸漬 氣 相沉積等工藝 在模板表面生成陶瓷層 從而將模板的多孑l 結(jié)構(gòu)復(fù)制下來 此工 藝主要有 有機(jī)模板體浸漬工藝 它是用陶瓷漿料均勻地涂覆在具有網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)的有 機(jī)模板體上 干燥后燒掉有機(jī)模板體而獲得的多孔陶瓷 該工藝特別適合制 備高氣孔率的網(wǎng)眼陶瓷 而且工藝簡(jiǎn)單 從而成為一種非常重要的制備工藝 有 機(jī)模板浸漬工藝因具有可制備高氣孔率及三維網(wǎng)狀孔道結(jié)構(gòu)的泡沫陶瓷的而倍 受重視 同時(shí) 該法也因設(shè)備簡(jiǎn)單 工藝成本低而具有更好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用價(jià)值 有機(jī)模板體熱解工藝 它是將有機(jī)模板體熱解形成網(wǎng)眼碳骨架 然后通 過化學(xué)氣相滲透 c v i 或化學(xué)氣相沉積 c v d 工藝將陶瓷原料滲涂到網(wǎng)眼碳 骨架上1 3 2 1 涂層的厚度為1 0 1 0 0 0 i t m 通過控制涂層的厚度來控制制品的孔結(jié) 構(gòu)和性能 該工藝的優(yōu)點(diǎn)是孔的結(jié)構(gòu)容易控制 制品強(qiáng)度高 缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng) 成本高 腐蝕設(shè)備和污染環(huán)境 先驅(qū)體裂解發(fā)泡工藝 將聚合物先驅(qū)體在3 8 0 9 0 0 和保護(hù)氣氛下進(jìn)行 熱處理 在熱解過程中產(chǎn)生大量的小分子氣體如h 2 c h 4 當(dāng)這些氣體在聚合物 中的溶解度達(dá)到飽和時(shí) 結(jié)構(gòu)中將會(huì)形成氣泡 進(jìn)一步形成網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu) 最后 在較高溫度下對(duì)多孔預(yù)制體進(jìn)行熱解可得到多孔泡沫材料 仿生結(jié)構(gòu)制造工藝 該工藝的特點(diǎn)是將具有多孔結(jié)構(gòu)的天然木材在 8 0 01 8 0 0 下和惰性氣體環(huán)境中裂解 可以得到與木材多孔結(jié)構(gòu)幾乎完全相同 的仿生預(yù)制體 然后以該預(yù)制體為模板 通過滲透反應(yīng)可以制得多孔陶瓷 3 3 3 4 1 7 冷凍干燥制備工藝1 3 5 l 該工藝的特點(diǎn)是將陶瓷漿料進(jìn)行冷凍 使溶劑從液相變成固相冰 在干燥過 程中通過降壓使固相冰直接升華成氣相而讓溶劑排除 這樣就留下了開口多孔結(jié) 構(gòu) 經(jīng)燒結(jié)后可以得到多孔陶瓷 在冷凍過程中 冰在溶劑的形成方向可以實(shí)現(xiàn) 單向控制 因此可以獲得氣孔呈定向排列的多孔結(jié)梅 通過該工藝可以獲得氣孔 4 高等學(xué)校教師碩上學(xué)位論文 率高于9 0 的多孔陶瓷制品 而且氣孔率可以在較大范圍內(nèi)調(diào)控 水基漿料的 使用形成了該工藝的一個(gè)最大優(yōu)勢(shì) 就是與環(huán)境友好 因?yàn)槠淇捉Y(jié)構(gòu)的形成是通 過在冷凍干燥過程中冰的升華來完成的 其釋放出來的是氣態(tài)h 2 0 對(duì)環(huán)境不會(huì) 造成任何污染 其它纖維復(fù)合多孔陶瓷 3 6 3 9 為了保證多孔陶瓷為了保證具有一定的孔隙率 其強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)強(qiáng)度會(huì)變差 如何保證氣孔率高而強(qiáng)度也較好 這是多孔陶瓷制備技術(shù)的關(guān)鍵 為了解決這一 問題 人們采甩陶瓷纖維來制備多孔的復(fù)合材料 獲得了氣孑l 率高 強(qiáng)度較好的 多孔陶瓷復(fù)合材料 纖維復(fù)合多孔陶瓷主要是利用纖維的紡織特性與纖維形態(tài)等形成氣孔 分為 有序編織 排列和無序堆積或填充兩類 通常是將纖維隨意堆放 由于纖維的彈 性和細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu) 互相架橋形成氣孔率很高的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 將纖維填充在一定形 狀的模具內(nèi) 可形成相對(duì)均勻且具有一定形狀的氣孔結(jié)構(gòu) 施以粘結(jié)劑 經(jīng)高溫 燒結(jié)固化可獲得氣孔率在8 0 以上的多孔陶瓷材料 日本往友3 m 公司利用陶瓷纖維已開發(fā)了型號(hào)為o x c c f 的高溫氣體收塵 器 它是采用氧化鋁長(zhǎng)纖維 其由不同功能的3 層材料構(gòu)成 最外層為陶瓷長(zhǎng)纖 維 功能是保護(hù)中間層 中間層為陶瓷短纖維 功能是過濾 最內(nèi)層是陶瓷長(zhǎng)纖 維 功能是支撐過濾器的強(qiáng)度 混合料為鋁硅酸鹽 粘土質(zhì) 做成外徑約6 0 m m 長(zhǎng)度從幾十厘米到兩米的過濾器 并且可以任意設(shè)計(jì) 選擇 o x c c f 耐機(jī)械沖 擊性 耐熱沖擊性很優(yōu)異 壁厚約2 2 m m 每根質(zhì)量9 0 0 9 比純陶瓷制品大幅 度輕量化 其高溫強(qiáng)度 耐化學(xué)藥品性能 受塵效率均非常優(yōu)異 出口灰塵濃度 為o 3 3 m g m 3 n 以下 收塵率達(dá)9 9 9 9 以上 另外 在航天器上使用的熱保護(hù)系統(tǒng)是一種纏結(jié)纖維網(wǎng)多孔陶瓷 它是采用 硅膠粘結(jié)高硅纖維制成 纖維與硅膠水溶液混合膠凝 形成多孔體 然后干燥燒 成 其耐高溫產(chǎn)品型號(hào)為h r s i 的氣孔率可高達(dá)9 0 1 4 網(wǎng)眼多孔陶瓷的研究 1 4 1 有機(jī)模板浸漬工藝制備網(wǎng)眼多孔陶瓷 有機(jī)模板浸漬工藝是s c h w a r t z w a l d e r i 于1 9 6 3 年發(fā)明的 該法是用有機(jī)模 板浸漬陶瓷料漿 干燥后在高溫下燒掉有機(jī)模板載體而形成孔隙結(jié)構(gòu) 已成為制 備多孔陶瓷的一種重要方法 該法適于制備高氣孔率 開氣孔的多孔陶瓷 俗稱 泡沫陶瓷 其獨(dú)特之處在于它憑借了有機(jī)模板體所具有的開孔三維網(wǎng)狀骨架的特 殊結(jié)構(gòu) 將制備好的料漿均勻地涂覆在有機(jī)模板網(wǎng)狀體上 而燒掉有機(jī)模板后獲 得的孔隙保持了原來的網(wǎng)眼結(jié)構(gòu) 該法極為重要的步驟是有機(jī)模板體浸漬漿料的成形 有機(jī)模板浸漬料漿后 5 有機(jī)模板浸漬工藝制備網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究 需除去多余漿料 既要排除多余的漿料 又要保證漿料在網(wǎng)絡(luò)孔壁上分布均勻 減少堵孔 這是決定和優(yōu)化最終制品結(jié)構(gòu)均勻性和氣孔率以及力學(xué)性能的關(guān)鍵環(huán) 節(jié) 本課題將重點(diǎn)研究有機(jī)模板法的浸漬工藝 1 有機(jī)模板體的選擇 用于制各網(wǎng)眼多孔陶瓷的有機(jī)模板材料的選擇應(yīng)滿足如下條件 必須具有開 孔三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 孔隙要均勻 以保證陶瓷料漿能夠進(jìn)入結(jié)構(gòu) 從而得到多孔骨 架 不能有太多的堵孔現(xiàn)象 必須有一定的彈性 使得在制備過程中模板的結(jié)構(gòu) 可以保持原狀不變 泡沫模板的材質(zhì)經(jīng)過一定的處理后可以除去 如揮發(fā) 溶解 等 并且殘留成分不污染陶瓷 用于該工藝的有機(jī)模板材料一般為經(jīng)過特定工藝 發(fā)泡的聚合物泡沫 材質(zhì)常為聚氨酯 聚氯乙烯 聚苯乙烯 膠乳 纖維素等 在實(shí)際的應(yīng)用中 一般選用軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料 因?yàn)槠滠浕瘻囟鹊?能在揮發(fā) 排除中避免熱應(yīng)力破壞 從而防止崩塌 保證了制品的強(qiáng)度 如果有機(jī)模板體的 網(wǎng)絡(luò)聞膜多 在浸漬時(shí)網(wǎng)絡(luò)膜上留下多余的漿料 導(dǎo)致制品堵孔 因此 對(duì)于有 較多網(wǎng)絡(luò)間膜的有機(jī)模板塑料應(yīng)采取預(yù)先處理 以除去網(wǎng)絡(luò)間膜 2 陶瓷料漿的制備 根據(jù)工藝特點(diǎn) 要求在浸漬過程中 料漿應(yīng)該很容易地充滿模板 所以要有 好的流動(dòng)性 當(dāng)除去多余料漿以后 在靜置干燥時(shí) 又希望料漿具有高的粘度 從而防止料漿的流掛而破壞結(jié)構(gòu) 綜合以上兩點(diǎn) 料漿必須具有較好的觸變性 即要求漿料具有在靜止時(shí)處于凝固狀態(tài) 但在外力的作用下有恢復(fù)流動(dòng)性的特 性 漿料的流動(dòng)性能保證漿料在浸漬過程中滲透到有機(jī)模板體中 并均勻地涂覆 在泡沫網(wǎng)絡(luò)的孔壁上 漿料的觸變性可以保證在浸漬漿料和擠出多余漿料時(shí) 在 剪切作用下降低粘度 提高漿料的流動(dòng)性 有助于成形 在成形結(jié)束時(shí) 漿料的 粘度升高 流動(dòng)性降低 以使得附著在孔壁上的漿料容易固化而定型 4 0 4 2 l 漿 料主要由陶瓷粉料 溶劑和添加劑組成 溶劑一般是水 但也有用有機(jī)溶劑的 如乙醇等 漿料除了具有一般陶瓷漿料的性能外 還需要具有盡可能高的固相含 量 水含量一般為1 0 4 0 漿料比重1 8 2 2 9 c m 3 和較好的觸變性 好的漿 料不僅有利于成形 而且對(duì)保證制品的性能起重要作用 為了獲得較適合浸漬成 形的漿料 必須加入一定量的添加劑 一般由以下組成 粘結(jié)劑 在制備多孔陶瓷的漿料中添加粘結(jié)劑 不僅有利于提高素坯干 燥后的強(qiáng)度 而且能防止坯體在有機(jī)物排除過程中塌陷 從而保證最終燒結(jié)體具 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度 粘結(jié)劑有無機(jī)粘結(jié)劑和有機(jī)粘結(jié)劑兩類 常用的無機(jī)粘結(jié)劑 有硅酸鹽 硼酸鹽 磷酸鹽以及氫氧化鋁溶膠和硅溶膠等 有機(jī)粘結(jié)劑包括羧甲 基纖維素 c m c 聚乙烯醇 p v a 等 粘結(jié)劑的種類和用量對(duì)于改善泡沫陶瓷 的性能是非常重要的 流變劑 根據(jù)該工藝的成形特點(diǎn) 要求漿料不僅具有一定的流動(dòng)性 而 6 高等學(xué)校教師碩上 學(xué)位論文 且具有較好的觸變性 為改善漿料的流變性能尤其是觸變性 通常添加流變劑 常用的有天然粘土1 1 0 如膨潤(rùn)土 高嶺土等 分散劑 為了提高漿料的固含量 無論是水基還是非水基體系均需加入 分散劑 分散劑可以提高漿料的穩(wěn)定性 阻止顆粒再團(tuán)聚 進(jìn)而提高漿料的固含 量 對(duì)于不同的粉料體系 分散劑的效果一般不回 選擇合適的分散劑是提高漿 料固含量的一條重要途徑 3 漿料的浸漬和多余漿料的去除 有機(jī)模板的涂覆包括兩步 首先是有機(jī)模板體在料漿中浸漬 其次是多余漿 料的去除 有機(jī)模板在浸漬前須經(jīng)過反復(fù)擠壓以排除空氣的處理 然后進(jìn)行漿料 的浸漬 浸漬步驟是 先將漿料充分進(jìn)入有機(jī)模板 并且充分潤(rùn)濕 方法有手工 揉搓法 機(jī)械滾壓法 常壓吸附法 真空吸附法等 去除多余料漿是浸漬工藝中 的關(guān)鍵步驟 一方面去除多余的料漿 另一方面還要保持涂覆的均勻性 防止堵 孔 最簡(jiǎn)單的方法是用兩塊木板擠壓浸漬了漿料的泡沫 這一步關(guān)鍵是擠壓力度 的均勻性 既要排除多余的漿料 又要保證漿料在網(wǎng)絡(luò)孔壁上分布均勻防止堵塞 成形后的坯體的容重在0 4 0 8g c m 3 范圍較為適宜 規(guī)模化則采用輥壓機(jī)等設(shè) 備來完成 4 3 1 4 干燥和燒成 經(jīng)過以上步驟得到的多孔素坯 在燒結(jié)之前必須進(jìn)行干燥和脫膠 對(duì)于干燥 可以采用自然干燥 電熱烘干 微波和紅外干燥等 干燥后的水分應(yīng)控制在0 1 以下 為了保證制品的完整性 必須制定合適的干燥制度 在燒成過程中 有 兩個(gè)重要階段即低溫脫脂和高溫?zé)Y(jié) 在低溫階段 應(yīng)緩慢地升溫使得有機(jī)模板 緩慢而充分地?fù)]發(fā)排除 升溫制度應(yīng)該根據(jù)有機(jī)模板的熱重分析曲線來制定 在 此階段 如果升溫過快 會(huì)因?yàn)橛袡C(jī)物的劇烈氧化而在短暫的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的 氣體 造成坯體的開裂和粉化現(xiàn)象 對(duì)于較大的制品 為了防止坯體在燒成過程 中開裂 可以通過調(diào)節(jié)漿料配方以優(yōu)化漿料的性能 增加漿料在有機(jī)網(wǎng)眼泡沫體 上的厚度來解決 對(duì)于選擇合適的粘結(jié)劑來提高坯體的高溫?zé)Y(jié)強(qiáng)度是非常重要 的 由于坯體是高氣孔率材料 燒成溫差較大 有時(shí)會(huì)碰到制品燒不透的問題 對(duì)于此類問題一般是通過延長(zhǎng)保溫時(shí)間以及采用合適的墊板以加大受熱面的方 式來解決 在燒結(jié)階段 根據(jù)材質(zhì)及性能要求需制定合適的燒成制度 還要考慮 到燒成周期的經(jīng)濟(jì)性 1 4 2 網(wǎng)眼多孑l 陶瓷的應(yīng)用 網(wǎng)眼多孔陶瓷是一種具有三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷 氣孔率高 7 5 9 5 除了具有多孔陶瓷所通常的低密度 抗腐蝕 良好的隔熱性能 耐 高溫和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)之外 它還具有高滲透率 高比表面積和復(fù)雜的孔道結(jié) 構(gòu)等特性 這些特性使它在冶金 化工 機(jī)械 環(huán)保等行業(yè) 可以用作高溫氣體 7 有機(jī)模板浸漬工藝制備網(wǎng)眼可控多孑l 陶瓷的研究 凈化器 柴油機(jī)排放氣體的過濾器 熔融金屬過濾器 以及作為物理分離用隔板 處理化工廠廢水和汽車尾氣的催化劑載體等 此外 在生物醫(yī)用領(lǐng)域也具有潛在 的應(yīng)用前景 4 1 金屬鑄造的應(yīng)用 網(wǎng)眼陶瓷在鑄造業(yè)中的一個(gè)非常重要的應(yīng)用就是用作熔融金屬過濾器 自從 上世紀(jì)6 0 年代中期網(wǎng)眼陶瓷過濾器首次用于處理鋁合金以來 陶瓷材料的發(fā)展 及澆鑄操作技術(shù)的提高已使他們 的應(yīng)用擴(kuò)大到包括熔模精密鑄造 鋼鑄造工業(yè)及 工業(yè)鑄件等方面 提高它們的機(jī)械性能 降低鑄件廢品率 提高鑄件工藝成品率 延長(zhǎng)金屬加工切削刀具壽命等 網(wǎng)眼陶瓷過濾器在鋼的連鑄中的應(yīng)用使鋼水的潔 凈度和產(chǎn)量得到提高 不僅降低了非金屬夾雜物的含量 而且有效地減少了水口 堵塞 網(wǎng)眼陶瓷在鑄造業(yè)中的另一個(gè)重要應(yīng)用就是用于制備金屬基網(wǎng)狀陶瓷復(fù)合 材料 4 s 犏 這種材料用鑄造方法在預(yù)制網(wǎng)眼陶瓷中澆入金屬而成 由于這類材料 比普通鑄件具有大的阻尼系數(shù) 它為機(jī)械工程解決振動(dòng)問題提供了一條新的途徑 2 食品加工 由于網(wǎng)眼陶瓷過濾液體時(shí)沒有溶出物 不會(huì)污染食品 因此 制糖和釀造工 業(yè)使用預(yù)涂層網(wǎng)眼陶瓷過濾器進(jìn)行最后階段的精密過濾 進(jìn)行啤酒 醋 酒的精 加工 用這種方法精密過濾生啤酒時(shí) 可省掉熱處理工序 與其它的方法比較 啤酒的味道更美 3 石油化工 由于網(wǎng)眼陶瓷具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 當(dāng)流體通過網(wǎng)眼陶瓷時(shí) 骨架對(duì)流體具有 很好的接觸 攪拌效果以及阻擋大顆粒的作用 這些特性使得網(wǎng)眼陶瓷在化工生 產(chǎn)中具有重要應(yīng)用 如利用網(wǎng)眼陶瓷向液體中吹入反應(yīng)氣體 用吹氧法培養(yǎng)微生 物等 利用網(wǎng)眼陶瓷制成的酸性溶液電解用隔膜 可以防止電極間生成的物質(zhì)與 電解液相混合 提高電解效率 4 核電工業(yè) 從原子能發(fā)電廠產(chǎn)生的大量放射性廢物中 大部分是可燃物 因此 需要經(jīng) 燃燒使其變?yōu)樵诨瘜W(xué)上穩(wěn)定的灰 在燃燒過程中 放射性固體顆?；烊敫邷貜U氣 中排除 利用網(wǎng)眼陶瓷收集放射性的固體顆粒 進(jìn)行燃燒 實(shí)現(xiàn)凈化處理 這樣 保管起來既安全又經(jīng)濟(jì) 5 環(huán)境工程 催化劑載體 多孔陶瓷的高比表面性 使其在作為催化載體時(shí) 可以增加 有效接觸面積 提高催化效果 氣流的轉(zhuǎn)換效率和反應(yīng)速率 在化工領(lǐng)域 包括 有機(jī)和無機(jī)化工廠 都可以應(yīng)用多孔陶瓷作為催化劑載體 如用于化工廠 食品 廠 印刷廠等有毒 惡臭等有害氣體的處理 特別是在汽車尾氣凈化方面 多孔 陶瓷有著特殊的貢獻(xiàn) 隨著汽車擁有量的大幅度增加 汽車尾氣排放所產(chǎn)生的大 8 高等學(xué)校教師碩士學(xué)位論文 氣污染也急劇增加 環(huán)保便成了重要的問題 汽車尾氣凈化器載體材料主要有陶 瓷顆粒型載體材料 金屬載體材料和蜂窩陶瓷載體材料三種 因?yàn)榉涓C陶瓷具有 幾何比表面積大 擴(kuò)散距離短 有利于反應(yīng)物進(jìn)入和生成物排出 易于被覆催化 劑 高溫穩(wěn)定性好 并可減小反應(yīng)負(fù)壓等優(yōu)點(diǎn) 且與貴金屬蜂窩載體相比其強(qiáng)度 高 工藝簡(jiǎn)單 價(jià)格低廉 因此 蜂窩陶瓷載體材料是目前國(guó)際上普遍采用的汽 車尾氣凈化器載體材料 4 7 4 8 l 過濾及分離 由多孔陶瓷的板狀或管狀制品組成的過濾裝置具有過濾面積 大 過濾效率高的特點(diǎn) 被廣泛用于水的凈化處理 油類的分離過濾以及有機(jī)溶 液 酸堿溶液 其它粘性液體和壓縮空氣 焦?fàn)t煤氣 蒸氣等氣體的分離 由于 多孔陶瓷具有耐高溫 耐磨損 耐化學(xué)腐蝕 機(jī)械強(qiáng)度高以及易于再生等優(yōu)點(diǎn) 在腐蝕性流體 高溫流體 熔融金屬以及過濾流體中的放射性物質(zhì)等方面獲得應(yīng)用 吸音材料 多孔陶瓷作為吸音材料主要是利用其擴(kuò)散功能 即通過多孔結(jié) 構(gòu)對(duì)聲波引起的空氣壓力進(jìn)行分散 達(dá)到吸音的目的 作為吸音材料的多孔陶瓷 要求孔徑在2 0 1 5 0 1 m 之間 以及相當(dāng)高的氣孔率 6 0 和較高的機(jī)械強(qiáng)度 由 于陶瓷具有優(yōu)良的耐火性和耐候性 因而還適合于變壓器 道路 橋梁等的隔音 多孔陶瓷現(xiàn)已在高層建筑 隧道 地鐵等防火要求極高的場(chǎng)合及電視發(fā)射中心 影院等有較高隔音要求的場(chǎng)合使用 效果很好 6 能源領(lǐng)域 由于網(wǎng)眼陶瓷具有較大的表面積 密度低 熱阻大等特性 使得它在能源領(lǐng) 域獲得重要應(yīng)用 如用作固體熱轉(zhuǎn)換元件 將網(wǎng)眼陶瓷換熱元件置于燃燒氣體通 路中 能吸收排氣中的熱 然后以固體輻射的形式輻射到加熱爐一側(cè) 回收余熱 可大幅度節(jié)省燃料消耗量 7 生物領(lǐng)域 網(wǎng)眼陶瓷與人體骨內(nèi)組織具有近乎相同的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 由于這種多孔網(wǎng)狀 結(jié)構(gòu)能使骨組織長(zhǎng)入空隙中 使種植體與生物體之間產(chǎn)生更為牢靠的固定 所以 多孔生物陶瓷材料特別是網(wǎng)眼多孔羥基磷灰石材料將成為非常重要的骨移植材 料 并成為當(dāng)前無機(jī)生物材料研究中熱點(diǎn) 4 9 1 8 用作敏感元件 作為陶瓷傳感器的濕敏和氣敏元件 其原理是當(dāng)微孔陶瓷置于氣體或液體介 質(zhì)中時(shí) 介質(zhì)中的某些成分被輕質(zhì)燒結(jié)體吸附或與之反應(yīng) 使微孔陶瓷的電位或 電流發(fā)生變化 從而檢測(cè)出氣體或液體的成分 由于陶瓷傳感器耐高溫 耐腐蝕 可以適應(yīng)許多特殊的場(chǎng)合 而且制造工藝簡(jiǎn)單 測(cè)試靈敏 準(zhǔn)確 所以具有廣闊 的開發(fā)前景 1 4 3 有機(jī)模板浸漬工藝的研究發(fā)展趨勢(shì) 目前 國(guó)內(nèi)外的對(duì)有機(jī)模板浸漬法制備多孔陶瓷的研究主要集中在優(yōu)化工藝 9 有機(jī)模板浸漬 t 藝制備網(wǎng)眼可控多孔陶瓷的研究 參數(shù) 減少材料中的缺陷 降低燒結(jié)溫度 提高材料的力學(xué)性能和可靠性等方面 下面分別簡(jiǎn)單介紹 1 優(yōu)化輥壓工藝參數(shù) y a r w o o d 5 0 等對(duì)輥壓工藝進(jìn)行優(yōu)化 采用了連續(xù)兩次輥壓方法 第一次輥壓 壓縮率為5 0 9 0 第二次輥壓壓縮率為7 0 9 0 使得涂覆的均勻性和質(zhì)量有 一定的提高 從而提高了力學(xué)性能 2 添加纖維增強(qiáng) w a s h b o t t r n e 使用小于l m m 的硅酸鋁纖維來增強(qiáng)鋰 鋁 硅氧化物網(wǎng)眼多孔陶 瓷 也可采用添加5 w t 硅酸鋁纖維來增強(qiáng)a 1 2 0 3 c r 2 0 3 網(wǎng)眼多孔陶瓷 抗壓強(qiáng) 度可以從1 m p a 提高到2 m p a 5 1 1 h a r g u s 等 5 2 l 采用玻璃纖維 碳纖維 氧化鋯纖 維來提高網(wǎng)眼多孔陶瓷的強(qiáng)度 3 模板表面改性 h a r g u s 等 5 2 j 在有機(jī)模板浸漬前 在其表面噴一層帶有有機(jī)或無機(jī)纖維的粘 結(jié)劑來提高料漿與有機(jī)模板體表面的粘附性 從而提高涂覆厚度 達(dá)到提高材料 力學(xué)性能的目的 4 反復(fù)多次涂覆 r a v