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1、·14·陶瓷2006.No.3多孔陶瓷材料的制备及性能研究罗钊明王慧刘平安曾令可(华南理工大学材料学院广州510640)摘要从分析网状结构多孔陶瓷材料的孔隙成形机理着手,描述了高孔隙网状结构陶瓷材料的制备工艺,包括高孔隙纤维网状结构陶瓷材料的制备,并分析了多孔陶瓷的力学性能及渗透性能。关键词多孔陶瓷孔隙制备工艺力学性能渗透性多孔陶瓷由于具有均匀分布的微孔或孔洞,孔隙成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程率较高、体积密度小,还具有发达的比表面及其独特的中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙等。一般采用骨物理表面特性,对液体和气体
2、介质有选择的透过性,能料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口量吸收或阻尼特性,加之陶瓷材料特有的耐高温、耐腐气孔的多孔陶瓷制品,而采用可燃物或分解物在坯体蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性,使多孔陶瓷这一绿内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔,采色材料可以在气体液体过滤、净化分离,化工催化载用机械发泡法形成的气孔基本上都是闭口气孔。作为体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料,特种墙体用作过滤、布气等使用的多孔陶瓷材料来讲,一般都希[1]材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用。孔隙望具有较高的开口气孔率,围绕这一目的,
3、目前国内外率作为多孔陶瓷材料的一个主要技术指标,其对材料在制备高孔隙多孔陶瓷材料方面进行了较多的研究,性能有较大的影响。一般来讲,高孔隙率的多孔陶瓷主要包括采用陶瓷纤维材料的纤维网状结构的多孔陶材料具有更好的隔热性能和过滤性能,因而其应用更瓷材料以及采用有机聚合物前驱体材料的泡沫陶瓷材加广泛。料。1.2多孔陶瓷的孔隙形成方法1多孔陶瓷的孔隙研究基于多孔陶瓷制备过程中孔隙难以控制的特点,众多学者根据不同的成孔原理,应用特殊的制备方法,由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因制备了具有各种独特性能的多孔陶瓷材料。[3]素,因此在目
4、前比较成熟的多孔陶瓷制备方法的基础P.Sepulveda在研究中列举了9种产生孔隙的方上,更加注重通过特殊方法控制孔隙的大小、形态,以法:①在燃烧过程中燃尽掺入的挥发物和易燃物,孔隙提高材料性能,并相应地建立孔形成、长大模型,对孔的裂纹、大小、分布等均由易变相决定;②固相烧结,可隙形成的机理进行理论分析。获得孔密度分布均匀的结构;③溶胶—凝胶法,通过相1.1多孔陶瓷的孔隙形成机理变或化学反应获得孔隙;④高交叉联结无机溶胶的超多孔陶瓷就微孔结构形式可分为:闭气孔结构和临界干燥法制备气凝胶;⑤铝板的阳极氧化,可获得长开口气孔结构[2
5、]。闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔度为5μm有序排列的孔通道,用于制备氧化铝传感分布在连续的陶瓷基体中,孔与孔之间相互分离,而开器、过滤器和催化载体等;⑥GASAR法,利用材料固化口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通前后对气体溶解度的不同获得孔隙;⑦含有空心微球和一边开口,另一边闭口形成不连通气孔两种。多孔材料烧结获得的闭孔结构;⑧通过聚合物多孔结构的陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体网络化,制备网络状开孔陶瓷;⑨陶瓷浆体的发泡。表中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯体形1给出了上述制备方法所得到的孔
6、特性及其应用。2006.No.3陶瓷·15·表1多孔陶瓷的孔特性及应用制备方法孔特性孔径(μm)应用微型滤波器、催化剂和酶载体、传感器、色层分离媒①～④微孔,孔隙率为0～90%0.002～0.1介、废水吸附处理系统、半透明透镜⑤～⑥胞状或圆柱形通道孔隙率为5%～80%10～10000催化剂、过滤器、热交换器、轻质结构类似十二面体的开孔孔隙结构,孔隙率为⑦～⑧100～5000金属过滤器、热阻材料、小质量炉、接触反应转炉炉体70%～80%⑨开孔或闭孔结构,球状孔隙率为40%～90%10～2000金属过滤器、热阻材料、小质量炉、接触反
7、应转炉炉体不同,因此难以使其混合。Sonuparlak等采用2种不同2多孔陶瓷材料制备技术的混料方法解决了上述问题。一是如果陶瓷粉末很细,而造孔剂颗粒较粗,或造孔剂易溶于粘结剂中,可多孔陶瓷可分为2大类[4],即泡沫型和网眼型。将陶瓷粉末与粘结剂混合造粒后,再与造孔剂混合。泡沫型的多孔陶瓷的气孔是孤立的,其渗透率很低。另一方法是将造孔剂和陶瓷粉末分别制成悬浊液,再而网眼型多孔陶瓷为开孔三维网状骨架结构,且气孔将2种料浆按一定比例喷雾干燥混合。[7]是相互贯通的,这种多孔陶瓷作为过滤材料具有的显混料均匀后进行成形。成形方法主要有模
8、压等著特点:为流体通过时压降小,比表面积大,与流体接静压、轧制、注射和粉浆浇注等,其中应用比较成功、用触效率高,重量轻。因而这种多孔陶瓷被广泛用作高的最多的是挤压成形,特别是用于工业废气和汽车尾温烟气的处理、催化剂载体、固体热交换器和电极材料气净化的蜂窝状陶瓷的
