多孔陶瓷材料的制备技术

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1、第14卷第3期材料科学与工程总第55期Vol.14No.3MaterialsScience&EngineeringSept.1996多孔陶瓷材料的制备技术朱时珍赵振波北京理工大学北京100081刘庆国北京科技大学北京100083【摘要】本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。【关键词】多孔陶瓷制备造孔剂泡沫浸渍TechniquesForPreparationofPorousCeramicMaterialsZhuShizhenZhaoZhenboBe

2、ijingInstituteofTechnologyBeijing100081LiuQingguoBeijingUniversityofScienceandTechnologyBeijing100083【Abstract】Therecentstatusoftechniquesforpreparationofporousceramicmaterialswasre2viewed.Varioustechniquesforpreparationofporousceramicmaterialsresearchedmoreactivelyandap

3、2pliedmoresuccessfullywereanalyzed,andthefuturedevelopmenttrendswerediscussed.【Keywords】Porousceramics,Fabrication,Pore2formingmaterials,Foamimpregnation一、前言近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效[1]应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装

4、置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料[2]等,加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统

5、论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔Al2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。·33·二、多孔陶瓷材料的制备技术多孔陶瓷材料的材质种类繁多,由于使用目的不同,对材料的性能要求各异,因此,近年来逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶2凝胶工艺等。表1比较了这几种工艺方法的特点及应用。表1制取多孔陶瓷材料的各种工艺比较成形方法优点缺点应用实例11采用不同的成形方法,可制一般过滤添加造孔

6、得形状复杂的制品11气孔分布均匀性差器,催化剂剂的方法21可制取各种气孔结构的多孔21不适合制取高气孔率的制品支持体制品11不能制造小孔径闭气孔的制有机泡沫11能制取高气孔率的制品品金属熔体浸渍方法21试样强度好21制品形状受限制过滤器31制品成份密度不易控制11特别适于制取闭气孔的制品11对原料的要求高轻质建材,发泡方法21气孔率大,强度高21工艺条件不易控制保温材料11适于制取微孔陶瓷11原料受限制溶胶2凝胶微孔分离21适于制取薄膜材料21生产率低方法膜31气孔分布均匀31制品形状受限制11添加造孔剂工艺该工艺通过在陶瓷配料中添加造

7、孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。虽然在普通的陶瓷工艺中,采用调整烧结温度和时间的方法,可以控制烧结制品的气孔率和强度,但对于多孔陶瓷烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失,烧结温度太低,则制品的强度低,无法兼顾气孔率和强度,而采用添加造孔剂的方法则可以避免这种缺点,使烧结制品既具有高的气孔率,又具有很好的强度,用该法制备的多孔陶瓷,气孔率一般在50%以下。添加造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程与普通的陶瓷工艺流程相似,这种工艺方法的关键在于造孔剂种类和用量的选择。(1)造孔剂种类和用量

8、的选择造孔剂加入的目的在于促使气孔率增加,它必须满足下列要求:在加热过程中易于排除;排除后在基体中无有害残留物;不与基体反应。造孔剂的种类有无机和有机二类。无机造孔剂有碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵等高温可分解[