生物形態(tài)多孔SiC陶瓷

1、飛霧流雪分類(lèi)添加造孔劑法有機(jī)泡沫浸漬法發(fā)泡法溶膠- 凝膠法o添加造孔劑法利用了造孔劑的占位，對(duì)陶瓷添加造孔劑法利用了造孔劑的占位，對(duì)陶瓷坯體燒結(jié)，致使造孔劑離開(kāi)基體而形成氣孔。坯體燒結(jié)，致使造孔劑離開(kāi)基體而形成氣孔。o造孔劑一般為無(wú)機(jī)的可燃性物質(zhì)或高溫時(shí)分造孔劑一般為無(wú)機(jī)的可燃性物質(zhì)或高溫時(shí)分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)（如碳酸銨），和有機(jī)的解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)（如碳酸銨），和有機(jī)的天然纖維、高分子聚合物或有機(jī)酸。天然纖維、高分子聚合物或有機(jī)酸。o其關(guān)鍵技術(shù)在于造孔劑的種類(lèi)和用量控制。其關(guān)鍵技術(shù)在于造孔劑的種類(lèi)和用量控制。o有機(jī)泡沫浸漬法是借助有機(jī)泡沫體具有的開(kāi)有機(jī)泡沫浸漬法是借助有機(jī)泡沫體具有的開(kāi)孔三維網(wǎng)狀

2、骨架結(jié)構(gòu)，將混合好的陶瓷漿體孔三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，將混合好的陶瓷漿體均勻的涂覆于有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體，干燥后燒掉均勻的涂覆于有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體，干燥后燒掉有機(jī)泡沫體而獲得網(wǎng)眼多孔陶瓷泡沫體。有機(jī)泡沫體而獲得網(wǎng)眼多孔陶瓷泡沫體。o多孔陶瓷體的孔尺寸主要取決于有機(jī)泡沫體多孔陶瓷體的孔尺寸主要取決于有機(jī)泡沫體的孔尺寸。的孔尺寸。o發(fā)泡法是通過(guò)添加有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)發(fā)泡法是通過(guò)添加有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)過(guò)特殊工藝處理后形成揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生泡過(guò)特殊工藝處理后形成揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生泡沫，然后經(jīng)干燥和燒成制備多孔陶瓷。沫，然后經(jīng)干燥和燒成制備多孔陶瓷。o溶膠溶膠- 凝膠法主要利用凝膠化過(guò)程中膠體粒凝膠法主要利用凝膠化

3、過(guò)程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理過(guò)程中殘留的小氣孔，子的堆積以及凝膠處理過(guò)程中殘留的小氣孔，形成多孔結(jié)構(gòu)。形成多孔結(jié)構(gòu)。o缺點(diǎn)是采用大量的有機(jī)物，成本高，產(chǎn)量低。缺點(diǎn)是采用大量的有機(jī)物，成本高，產(chǎn)量低。o品孔尺寸很不均勻品孔尺寸很不均勻o孔徑分布范圍較寬孔徑分布范圍較寬o孔結(jié)構(gòu)形態(tài)難以控制孔結(jié)構(gòu)形態(tài)難以控制o孔排列雜亂無(wú)序孔排列雜亂無(wú)序o而且都需要添加劑，無(wú)法避免陶瓷相的污染而且都需要添加劑，無(wú)法避免陶瓷相的污染問(wèn)題。問(wèn)題。o植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化演變過(guò)程中，植物在長(zhǎng)期的進(jìn)化演變過(guò)程中，形成了完美獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組態(tài)：形成了完美獨(dú)特的結(jié)構(gòu)組態(tài)：o多級(jí)分布的管狀或胞狀結(jié)構(gòu)多級(jí)分布的管狀或胞狀結(jié)構(gòu)o發(fā)達(dá)的孔隙

4、和排列有序的孔道發(fā)達(dá)的孔隙和排列有序的孔道o孔徑分布從納米級(jí)到毫米級(jí)孔徑分布從納米級(jí)到毫米級(jí)向日葵髓芯的sem照片玉米稈芯的sem照片高粱桿芯的sem照片o將植物干燥，然后在惰性氣氛中高溫?zé)峤?，將植物將植物干燥，然后在惰性氣氛中高溫?zé)峤?，將植物轉(zhuǎn)化為碳模板。在熱解過(guò)程中，由于生物聚合物的轉(zhuǎn)化為碳模板。在熱解過(guò)程中，由于生物聚合物的分解，釋放出分解，釋放出h2o、co2、co 等輕物質(zhì)，而組等輕物質(zhì)，而組成細(xì)胞壁的高聚物重新聚合，轉(zhuǎn)化為碳骨架。與原成細(xì)胞壁的高聚物重新聚合，轉(zhuǎn)化為碳骨架。與原始植物相比，碳模板有始植物相比，碳模板有70-90% 的失重和各向異的失重和各向異性的收縮。性的收縮。o通

5、過(guò)不同的硅化過(guò)程將碳模板轉(zhuǎn)化為通過(guò)不同的硅化過(guò)程將碳模板轉(zhuǎn)化為sic，如，如氣相氣相滲硅滲硅、液相滲硅液相滲硅以及以及溶膠凝膠溶膠凝膠- 碳熱還原碳熱還原等方法。等方法。目前，主要針對(duì)高粱、木材和竹子進(jìn)行了研究。目前，主要針對(duì)高粱、木材和竹子進(jìn)行了研究。o高粱外表呈球形或橢球形，其顆粒直徑約高粱外表呈球形或橢球形，其顆粒直徑約4mm，內(nèi)部由不同大小的細(xì)胞組成，熱解，內(nèi)部由不同大小的細(xì)胞組成，熱解轉(zhuǎn)化為碳模板后，細(xì)胞壁形成碳骨架，碳模轉(zhuǎn)化為碳模板后，細(xì)胞壁形成碳骨架，碳模板內(nèi)部呈多級(jí)體系的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。板內(nèi)部呈多級(jí)體系的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。高粱經(jīng)高溫處理后碳模板外觀形貌高粱經(jīng)高溫處理后碳模板外觀形貌高粱碳

6、模板呈類(lèi)球形，顆粒直徑約為高粱碳模板呈類(lèi)球形，顆粒直徑約為3mm，基本保持了高粱的外觀形貌，基本保持了高粱的外觀形貌panorama碳化處理后，保持了高粱的蜂窩狀細(xì)胞碳化處理后，保持了高粱的蜂窩狀細(xì)胞結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由大小不同的圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由大小不同的圓形或橢圓形孔組成，孔道相連孔組成，孔道相連outer surfaceocross section剖面分析顯示剖面分析顯示sic 的微觀形貌、孔的微觀形貌、孔徑排列和分布與碳模板相似徑排列和分布與碳模板相似質(zhì)量的損失和各向異性的收縮并不質(zhì)量的損失和各向異性的收縮并不會(huì)改變生物物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)會(huì)改變生物物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)o木材為天然形成的具有各向異性

7、結(jié)構(gòu)的復(fù)合體，其木材為天然形成的具有各向異性結(jié)構(gòu)的復(fù)合體，其管胞沿軸向的優(yōu)先取向?yàn)槔酶鞣N滲入技術(shù)將木材管胞沿軸向的優(yōu)先取向?yàn)槔酶鞣N滲入技術(shù)將木材轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴杞Y(jié)構(gòu)和功能的多孔陶瓷提供了可能，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴杞Y(jié)構(gòu)和功能的多孔陶瓷提供了可能，可以用作模板制成具有類(lèi)似木材微觀、介觀和宏觀可以用作模板制成具有類(lèi)似木材微觀、介觀和宏觀結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。o液相滲硅液相滲硅o張荻等人以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物結(jié)構(gòu)為張荻等人以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物結(jié)構(gòu)為模板，預(yù)處理后經(jīng)硅樹(shù)脂浸漬與耦合處理，制備具模板，預(yù)處理后經(jīng)硅樹(shù)脂浸漬與耦合處理，制備具有保持植物纖維原始形態(tài)的多孔碳化物陶瓷有保持

8、植物纖維原始形態(tài)的多孔碳化物陶瓷氣相滲硅法椴木木炭和多孔sic 的sem 照片對(duì)照先將橡木轉(zhuǎn)化為先將橡木轉(zhuǎn)化為碳模板，然后將碳模板，然后將模板放入坩堝，模板放入坩堝，坩堝底部裝有坩堝底部裝有si粉，粉，升溫至升溫至1500-1600，熔融的，熔融的si 變成氣態(tài)，通過(guò)變成氣態(tài)，通過(guò)碳模板的孔洞，碳模板的孔洞，反應(yīng)后形成反應(yīng)后形成sic。flow chart for the fabrication process of porous sic ceramic with oak wood microstructureo木材相比，竹子具有生長(zhǎng)速度快、組織結(jié)構(gòu)木材相比，竹子具有生長(zhǎng)速度快、組織結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗彎強(qiáng)度高的特點(diǎn)。簡(jiǎn)單、抗彎強(qiáng)度高的特點(diǎn)。o竹炭的孔隙包括大孔隙、中孔和微孔，比表竹炭的孔隙包括大孔隙、中孔和微孔，比表面積可達(dá)面積可達(dá)360m2/g，是普通木炭的，是普通木炭的2-5 倍，其豐富的孔隙分布和高比表面積使其具倍，其豐富的孔隙分布和高比表面積使其具有良好的吸附特性，可作為吸附制件、催化有良好的吸附特性，可作為吸附制件、催化劑載體的理想選擇。劑載體的理想選擇。竹子、竹