泡沫陶瓷的制备和应用

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1、泡沫陶瓷的制备和应用黄洁宁(江西外语外贸职业学院)【摘要】泡沫陶瓷孔隙率高、抗热震性能良好、耐腐蚀性强、稳定性好,己在多个领域得到应用。对制备工艺进行了分析，并介绍了泡沫陶瓷的研究进展和应用前景。【关键词】泡沫陶瓷；制备；性质；应用泡沫陶瓷为新型的保温隔热绿色环保材料，内部含有大量气孔、呈三维空间网架结构。其孔隙率高、稳定性好，还具有耐腐蚀、抗热震等传统有机保温材料所没有的特性。1、泡沫陶瓷概述美国在1978年于熔融金属的过程中，用AI2O3和高岭土等制出泡沫陶瓷，使金属铸件的质量提升、制品的废品率

2、下降。德、日、英等国家之后开展了相关工作，将泡沫陶瓷应用在杂质的过滤和催化剂载体等方面。我国在20世纪80年代时探索了泡沫陶瓷的研究，其在尾气净化和金属熔融领域达到了高实用的水平。目前，泡沫陶瓷的组成材质多种多样，骨料和材质也不尽相同，使用温度及主要性能还需研究。2、泡沫陶瓷的制备方法(1)添加造孔剂工艺添加造孔剂工艺要求造孔剂在基体陶瓷烧结后离开基体，形成大量气孔，制成的泡沫陶瓷孔隙大小和形状主要由造孔剂颗粒决定。常用的造孔剂有无机和有机两类，无机造孔剂如CaCO3.碳酸较等在高温下可分解形成气孔

3、，而硫酸钠、氯化钠等在高温下不分解，也不与基体产牛反应,可在烧结完成后用水、酸或碱溶液浸出气孔，从而制得泡沫陶瓷。有机造孔剂如锯末、淀粉、聚氯乙烯等天然纤维和高分了聚合物等，可在制品烧结前分解或挥发，产生大量气孔。该工艺制成的泡沫陶瓷形状各异、气孔特征不一，但孔隙率不高。(1)有机泡沫浸渍工艺有机泡沫浸渍工艺由Schwartzwalder和Somers在20世纪60年代发明,可制出孔隙率大于70%的泡沫陶瓷。该工艺须先准备好有机泡沫网状体，之后将陶瓷浆料涂在其上，干燥烧结后除去泡沫体，从而获得泡沫陶

4、瓷。制品强度和孔隙率均较高，但形状和密度不甚理想。有机泡沫体须有一定的亲水性和冋弹性，使陶瓷浆料吸附并在多余浆料挤出后冋复原态，决定了制品的孔隙特征。此外，陶瓷浆料的性能和烧结方法也是影响制品性能的主要因素。在陶瓷浆料中可添加一定含量的粘结剂、流变剂、分散剂和表面活性剂等，以保证其固相含量高、触变性能好，便于浸渍成型。烧结时应缓慢升温，使有机泡沫体在陶瓷烧结前充分气化，不致坯体产生开裂，影响陶瓷质量。(2)发泡工艺发泡工艺是向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质，产生气泡，经干燥和烧结制得泡沫陶瓷。其特

5、点是将添加物产生的泡沫扩散到陶瓷悬浮体中来获得多孔结构，根据添加发泡剂和烧结方式的不同，可制出具有不同孔隙结构的泡沫陶瓷。物理发泡剂如惰性气体N2、C02等，或低沸点液体戊烷、己烷等，通过物理形态的改变使发泡剂中的气体析出而发泡。无机发泡剂如碳化硅、氧化铁或碳酸钙等，通过与原料的反应或高温分解产生气体，材料发泡后体积可产生较大变化。有机发泡剂如偶氮化合物、亚硝基化合物等，加热后形成人量氮气，气泡分散均匀，因而更适用于有机物。起泡剂是一种表面活性剂，使泡沫的表面张力降低，产生的气泡体系更加稳定。(3)

6、溶胶■凝胶(Sol-Gel)工艺制备微孔陶瓷，使用溶胶■凝胶工艺是最适合的工艺之一。溶胶的原料为具有高化学活性组分的液相化合物，分散到溶剂中反应后组分扩散，在凝胶化过程中胶体粒子联结成网状结构，在烧结过程中网状结构中的液体挥发，留下纳米级的微小孔隙，得到气孔分布均匀的泡沫陶瓷，但制备岀的材料形状会受到限制。除上述传统的制备工艺之外，还有其他的方法来获取泡沫陶瓷。如机械搅拌法⑴，在二氧化硅溶液中加入起泡剂，搅拌后将发泡的材料水浴、加热，烧成后制得氧化硅泡沫陶瓷。再如模版法⑶，以聚合物为核、陶瓷材料为壳

7、作为模版，在一定温度下烧结后，制成孔径可孔的泡沫陶瓷。还有浸渍过滤法⑵，将硅溶胶与莫来石纤维混合，制备出孔隙率高、导热系数小、可用于保温隔热的轻质泡沫陶瓷材料。3、泡沫陶瓷的应用泡沫陶瓷在发展初期时一般仅用于过滤。随着技术的发展和使用的多元化，开始岀现各种孔隙结构和特征的新型高性能泡沫陶瓷材料，拓宽了其应用范围。(1)过滤净化泡沫陶瓷作为一种新型环保无机材料，在金属熔融过滤和工业污水处理方面有较普遍的应用。泡沫陶瓷气孔率大、液体渗透率高、抗热震性好、透气度高，在过滤金属液体时可破坏其金属液渣包，通过

8、机械和化学反应将其净化，提高金属机械性能、延长铸品使用寿命。在污水处理时，泡沫陶瓷可制成曝气器使用，由于其内部含有大量微孔，吸附了水中的有害微粒，净化后的水质高、有机物含量低，提高了城市污水处理的效率。(2)保温隔热根据孔隙特征，分为开口孔隙和闭口孔隙泡沫陶瓷。在传统窑炉和电炉中多使用开口孔泡沫陶瓷作为内衬，航天器的外壳也采用其作为热保护材料，不仅减轻材料重量，还加快升温速度。由泡沫陶瓷制成的耐热砖使用温度可达到1600°C,是目前最好的隔热材料之一。而闭口孔隙泡沫陶