多孔陶瓷材料的制備與前景

1、多孔陶瓷材料的制備與前景.二一._一一驁llljl_i警_多孔陶瓷材料的制備與前景潘順浩鄭州大學(xué)化學(xué)系(45o0o1)摘要:簡述了多孔陶瓷材料優(yōu)良的性能及幾種常用的分類方法,對多孔陶瓷的制備方法應(yīng)用前景及發(fā)展方向作了介紹關(guān)鍵詞:多孔陶瓷;制備;應(yīng)用;前景多孔陶瓷是一類含有較多孔洞的無機(jī)材料,其主要是利用材料中孔洞結(jié)構(gòu)與材質(zhì)相結(jié)合而具有的獨(dú)特性質(zhì)來達(dá)到所需要的各種功能多孑l陶瓷具有巨大的氣孔表面積和巨大的氣孔率;可調(diào)節(jié)的氣孔形狀,氣孔孑l徑及其分布;氣孑l在三維空間的連通,分布可調(diào);具有優(yōu)良的熱,磁,光,化學(xué)等功能的特點(diǎn).止是由于其優(yōu)良的性能及廣泛的應(yīng)用,多孔陶瓷引起了材料科學(xué)界的極大興趣,近年

2、來得到了迅速的發(fā)展.1多孔陶瓷的分類多于l陶瓷的種類很多按孔徑可分為3種類型:孔徑<2nm的稱為微孔陶瓷,孑l徑介于2nm5onm之間的稱為介孔陶瓷,孑l徑大于50nm的稱為宏孔陶瓷;根據(jù)成l方法和孔隙結(jié)構(gòu)的不同,多孔陶瓷可分為j類:粒狀陶瓷燒結(jié)體,泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷按所用的骨料可以分為6種:剛玉質(zhì)材料,碳化硅質(zhì)材料,鋁硅酸鹽材料,石英質(zhì)材料,玻璃質(zhì)材料,其他材質(zhì)2多孔陶瓷的制備方法多孑l陶瓷的制備方法有擠壓成型,有機(jī)泡沫浸漬法,發(fā)泡法,添加造孔劑,顆粒堆積法等.2.1擠壓成型法在生產(chǎn)過程中.核心r序是擠出成型,而擠出成型模具又是擠出成型的核心技術(shù).目前我國已研制并生產(chǎn)使用的蜂窩陶瓷擠成

3、型模具達(dá)到了400孔/in的規(guī)格.美國與日本已開發(fā)研制出了600孑l/in,90o孑l/in的高孔密度,超薄壁型蜂窩陶瓷.我國也已經(jīng)開始了6o0孔/in擠出成型模具的研究.并取得了初步成功41,它的工藝流程為:原料合成一混合練混一擠成型一十燥一燒成一制品.2_2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝有機(jī)泡沫f聚合物)浸漬工藝是schwartzwaider于1963年發(fā)明的.該方法是用有機(jī)泡沫浸漬陶瓷料漿,干燥后在高溫下燒掉有機(jī)泡沫載體而形成孔隙結(jié)構(gòu),從而獲得多孔陶瓷的一種方法.其區(qū)別于其他方法之處在于它憑借了有機(jī)泡沫體所具有的開孔i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)泡沫網(wǎng)狀體上+而燒掉有

4、機(jī)泡沫后獲得的孑l隙是網(wǎng)眼型的,其優(yōu)點(diǎn)是高氣孔率,孔徑大小可調(diào),制備強(qiáng)度高.缺點(diǎn)在于制備形狀,密度不易控制.有機(jī)物燃燒污染環(huán)境,主要應(yīng)用于金屬過濾器.清華大學(xué)利用該方法制成了平均孔徑2003o0um,孔隙率在70%一80%的多孔羥基磷灰石:西安交通大學(xué)以羥基磷灰石粉,生物玻璃粉為料漿,以硅溶膠作溶劑和粘結(jié)劑,以羥甲基纖維素為流變劑,采用該方法制備出了孑l徑約450500um,孔徑均勻,孔隙相連通的多孑l生物活性復(fù)相陶瓷佳木斯大學(xué)李慕勤教授指導(dǎo)的研究生采用該方法以羥基磷灰石摻加少量(26%1生物玻璃制備了孔徑20o400um,孔隙率70%80%,抗壓強(qiáng)度2mpa左右的多孔羥基磷灰石陶瓷.該法極為

5、重要的步驟是有機(jī)泡沫體浸漬漿料的成型.有機(jī)泡沫浸漬料漿后,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).2.3發(fā)泡法發(fā)泡工藝是向陶瓷組分中添加有機(jī)或無機(jī)化學(xué)物質(zhì),通過化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生揮發(fā)性氣體產(chǎn)生泡沫,經(jīng)干燥和燒成制得多孑l陶瓷i.用來做發(fā)泡劑的化學(xué)物質(zhì)有很多種類,例如,用硫化物和硫酸鹽混合作發(fā)泡劑;用碳化鈣,氫氧化鈣,鋁3.3從經(jīng)濟(jì)措施上展開項(xiàng)目投資的有效控制嚴(yán)格控制現(xiàn)場經(jīng)費(fèi)和總部管理費(fèi),合理使用廣告策劃費(fèi),銷售代理費(fèi)等,減少銷售成本,最大限度降低靜態(tài)投資.例如:占道費(fèi),綠化賠償費(fèi)和其他補(bǔ)償費(fèi)等,對大宗材料或大型

6、設(shè)備按合同要求可直接進(jìn)行甲供,以達(dá)到降低造價(jià)之目的甲供材料須根據(jù)工序及施工進(jìn)度安排進(jìn)料計(jì)劃,盡量降低存儲成本.另外,加強(qiáng)甲供材料的現(xiàn)場管理,合理堆放,減少搬運(yùn)及損耗參考文獻(xiàn):1劉伊生.工程造價(jià)管理基礎(chǔ)理論與相關(guān)法規(guī)【m】.北京:中國計(jì)劃出版社.2【】03.2】成允興.試論對工程造價(jià)的控制.山西建筑,2005,31(1)【3馮亮.淺議施工企業(yè)的工程造價(jià)管理.中州建設(shè),2()()7,(8).:嘞冊局瓣警簪一毒穗.%蔫毒一糍e鬻.%l臻.棼.ll罄._一簿黎鍪罄箋一.毒薯%囊囂辮巹母粵孽f蕾磬群j囂,愛j._-一j_|llilll150粉硫酸鋁和雙氧水作發(fā)泡劑:由親水性聚氨脂塑料和陶瓷泥漿同時(shí)發(fā)泡制

7、備多孔陶瓷等.發(fā)泡工藝還可以制備小孔徑的閉口氣孔陶瓷.氣孔率大,強(qiáng)度高,其缺點(diǎn)是原料要求高,工藝條件不易控制.2.4添加成孔劑工藝法m陶瓷顆粒粘結(jié),堆積可形成多l(xiāng)結(jié)構(gòu),顆?？空辰Y(jié)劑或自身粘合成形.這種多孔材料的氣孑l率較低,r一般2o%30%左右.為了提高氣孔率,可在原料巾加入成孔劑fpomusf0r-mer1,如碳粒,碳粉,纖維,木屑等燒成時(shí)可以燒去的物質(zhì).也有用難熔化易溶解的無機(jī)鹽類作為成孔,它們能舟燒結(jié)后的溶劑侵蝕作用下除去.此外,可以通過粉體粒度配比和成孔劑等控制孔徑及其它性能.這樣制得的多孔陶瓷氣孔率可達(dá)75%左右,孔徑可在微米至毫米之問.雖然在普通的陶瓷工藝中,采用調(diào)整燒結(jié)溫度和時(shí)

8、間的方法,可以控制燒結(jié)制品的氣孔率和強(qiáng)度.但對于多孔陶瓷,燒結(jié)溫度太高會使部分氣孔封閉或消失,燒結(jié)溫度太低則制品的強(qiáng)度低,無法兼顧氣孑l率和強(qiáng)度.而采用添加成孔劑的方法則nr以避免這種缺點(diǎn),使燒結(jié)制品既具有高的氣孔率,義具有很好的強(qiáng)度.其優(yōu)點(diǎn)是氣孔大,形狀可控,藝簡單;缺點(diǎn)是分布均勻性差,不適合制備高氣孔率的制品.2.5顆粒堆積工藝法顆粒堆積工藝是在骨料中加人相同組分的微細(xì)顆粒.利用微細(xì)顆粒易于燒結(jié)的特點(diǎn).在高溫f液化.從而使料連接起來.骨料粒徑越大.形成的多孔陶瓷平均孑l徑就越大,呈線性關(guān)系.骨料顆粒尺寸越均勻,產(chǎn)生的氣孑l分布也越均勻.另外添加劑的含量和種類以及燒成溫度對微孑l體的分布和孔

9、徑大小也有直接的影響.如yang等用yb,0作為助劑制備了多孔氮化硅陶瓷【,chen等用o【2sin和硅粉的混和粉料在高壓氮下進(jìn)行自蔓延,合成r由b2si1n紺成的網(wǎng)狀多孔氮化硅陶瓷】.陶瓷骨料粘結(jié)堆積而成,孔町在0.1m60om,氣孔率一般較低,在2o%30%左有.其主要優(yōu)點(diǎn)在于工藝簡單,制備強(qiáng)度高;主要缺點(diǎn)是氣孑l率低.應(yīng)用于部分無機(jī)膜.3多孔陶瓷的應(yīng)用多孑l陶瓷材料由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)具有的獨(dú)特優(yōu)良性能,目前其應(yīng)用已遍及環(huán)保,節(jié)能,化【,f油,冶煉,食品,制藥,生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域,引起了拿球材料學(xué)科的高度關(guān)注.其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是用作高溫高含塵氣流過濾器.以多孔陶瓷材料做過濾介質(zhì)的

10、陶瓷微過濾技術(shù)及陶瓷過濾裝置,不僅解決了高溫,高介質(zhì),強(qiáng)酸堿介質(zhì)和化學(xué)溶劑介質(zhì)等難過濾問題,而且本身于具有過濾精度高,潔凈狀態(tài)好以及容易清洗,使用壽命長等特點(diǎn)而廣泛的應(yīng)用于石油,化工,制藥,食品,環(huán)保和水處理等領(lǐng)域:蜂窩狀的堇青石陶瓷載體是良好的催化劑載體如,將多7l陶瓷催化凈化器應(yīng)用于汽車排氣管中,可使排f的c0,chv,h0x等有害氣體轉(zhuǎn)化成c0,h0,n,從i達(dá)到凈化卒氣的目的.目前人們一致認(rèn)為用多孑l陶瓷制造的汽車凈化器和微粒捕捉器是控制汽車尾氣排放的最有效的方法.因多孔陶瓷有結(jié)構(gòu)細(xì)密,相互連通的孔徑結(jié)構(gòu)可作為良好的吸聲材料.4多孔陶瓷應(yīng)用前景及展望自2000年以來,國外的多孑l陶瓷工

11、業(yè)平均每年以15%一20%的速度增長,預(yù)計(jì)到2010年,多孔陶瓷營業(yè)額可達(dá)1500億美元.多孑l陶瓷在更廣泛的領(lǐng)域得以應(yīng)用,必將取得巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益.陶瓷將朝著全面健康化,節(jié)能環(huán)?；?設(shè)計(jì)時(shí)裝化,互動人性化的方向邁進(jìn):這些設(shè)計(jì)與組合的多l(xiāng)陶瓷產(chǎn)品必將進(jìn)入千家萬戶,給人們的生活帶來快樂.參考文獻(xiàn):【1】羅民華.莫來石纖維多孔陶瓷的制備,結(jié)構(gòu)表征及性能研究u1.華南理工大學(xué)博士論文,20o3,(5).i2】朱小龍,蘇雪筠.多孔陶瓷材料】.中國陶瓷,2000,36(4):3639.3】楊剛濱,蔡序珩等.多孔陶瓷制備技術(shù)及其進(jìn)展u】.河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,25(2):991o3

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