泡沫陶瓷的制备工艺设计和研究方案进展

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1、泡沫陶瓷的制备工艺与研究进展摘要：泡沫陶瓷具有透过性好，比表面积大，密度小，耐高温及耐腐蚀性强等优点。本文着重对泡沫陶瓷的传统制备工艺和新兴的制备工艺进行了阐述，介绍了泡沫陶瓷的应用领域，并对目前泡沫陶瓷的研究进展和趋势进行了简介。关键词：泡沫陶瓷制备工艺研究进展ABSTRACT:Ceramicfoamshavemanygoodpropertieslikegoodpermeability,largesurfaceratio,lowdensity,hightemperatureresistanceandgoodcorrosionresistance.Thearticle

2、emphaticallyelaboratestraditionalpreparationproceduresandthelatestpreparationproceduresofceramicfoams.Italsointroducestheapplicationareasofceramicfoams.Finallyitmakesabriefintroductionofcurrentresearchprogressandtendency.KEYWORDS:ceramicfoam;preparationprocedure;researchprogress1引言自1978

3、年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷，用于铝合金铸造过滤之后，英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究，生产工艺日益先进，技术装备越来越向机械化、自动化发展，已研制出多种材质，适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷，产品已系列化、标准化，形成了一个新兴产业，我国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作。近20年来，先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究。但是我国的泡沫陶瓷从整体技术水平上与国外相比还有一定的差距。泡沫陶瓷具有透过性好，比表面积大，密度小，开口气孔率高，耐高温及耐腐蚀性强等优点

4、，而被广泛地应用于熔融金属过滤、隔热材料、催化剂载体和吸音降噪等传统领域以及传感器、环境材料、生物材料等新兴领域。泡沫陶瓷一般可以分为两类，即开孔(网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料，这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料；孔隙在2～50nm之间的为介孔材料；孔隙在50nm以上的为宏孔材料[1-6]。2泡沫陶瓷的传统制备工艺2.1

5、添加造孔剂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，然后经过烧结，造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷。[7]用这种方法可以制得形状复杂的泡沫陶瓷制品，但制品气孔分布的均匀性较差。造孔剂的种类和加入量是该方法的关键，造孔剂分为有机造孔剂和无机造孔剂两种，碳酸铵、碳酸钙、氯化铵、碳酸氢铵等高温可分解盐类以及各类碳粉、煤粉等，属于无机造孔剂；天然纤维、高分子聚合物和有机酸等属于有机造孔剂。2.2发泡工艺发泡工艺的主要原理是在陶瓷粉料中加人适当的发泡剂,通过化学反应产生挥发性气体从而产生泡沫,然后再经干燥和烧成制得[8]。采用发泡工艺可以制备形状复

6、杂的泡沫陶瓷制品。这种工艺成形泡沫陶瓷较复杂,不易控制,且制备的泡沫陶瓷易出现粉化剥落现象，并含有大量闭口气孔,因而在实际制备中较少被采用。2.3有机泡沫浸渍工艺该方法基本思路是：首先将有机泡沫浸渍到陶瓷料浆中，然后经过干燥、烧成使有机泡沫脱离母体就可以获得泡沫陶瓷。通过控制浆料性能，优化无机粘结剂体系，严格控制浆料浸渍工艺过程，可以制备高性能的泡沫陶瓷制品。[9]该方法是目前泡沫陶瓷最理想的制备方法，用此种成形方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域获得大量应用。但是有机前驱体浸渍法存在一个明显的缺陷，即有机泡沫体的网眼尺寸是有限的，这在一定程度上制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径

7、和结构。针对此问题，采用三维网状有机泡沫材料为载体，首先用浸渍工艺制备出疏松多孔结构坯体，并经过排塑、预烧处理获得具有一定强度的预制体，再通过对预制体进行表面处理，可以很好地解决这一问题[10]。有机泡沫浸渍法制备流程工艺图如图1所示。前驱体的制备陶瓷浆料的制备调浆浸渍和涂覆除浆重复涂覆干燥烧结性能检测表面处理图1有机泡沫浸渍法制备流程工艺图2.4溶胶—凝胶工艺溶胶-凝胶工艺利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔，形成可控孔隙结构。由溶胶向凝胶的转化过程中，体系的粘度迅速增加，从而稳定了已经产生的气泡，有利于发泡。纳米级