1、 1 简简 介介2 多孔陶瓷的特性以及孔隙形成多孔陶瓷的特性以及孔隙形成3 多孔陶瓷材料的制备方法和工艺多孔陶瓷材料的制备方法和工艺4 多孔陶瓷的应用多孔陶瓷的应用是一种经是一种经高温烧成高温烧成、体内具有、体内具有大量大量彼此相通彼此相通并与材料表面也相贯通的并与材料表面也相贯通的陶瓷材料。陶瓷材料。根据根据和和，多孔陶瓷可，多孔陶瓷可分为三类：分为三类：粒状陶瓷；粒状陶瓷；泡沫陶瓷；泡沫陶瓷；蜂窝陶瓷。蜂窝陶瓷。陶瓷的陶瓷的列于下表。列于下表。2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体中含
2、有大量可燃物或者可分解物形成的空隙坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙。形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙。一般一般采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口气孔的多孔陶瓷制品高的开口气孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解而采用可燃物或分解物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔。口气孔。多孔陶瓷材料工艺多孔陶瓷材料工艺 3.1.1挤压成形工艺挤压
3、成形工艺 工艺流程为工艺流程为:原料合成原料合成混合练混混合练混挤出成形挤出成形干燥干燥烧成烧成制品。在生产过程中制品。在生产过程中,核心工序是挤出成形核心工序是挤出成形,同时同时挤出成形模具又是挤出成形的核心技术挤出成形模具又是挤出成形的核心技术3.1.2 有机有机(聚合物聚合物)泡沫浸渍工艺泡沫浸渍工艺 有机泡沫有机泡沫(聚合物聚合物)浸渍工艺是浸渍工艺是Schwartzwalder等于等于1963年发明的。该法是用有机泡沫浸渍陶瓷年发明的。该法是用有机泡沫浸渍陶瓷料浆料浆,干燥后在高温下烧掉有机泡沫载体而形成孔干燥后在高温下烧掉有机泡沫载体而形成孔隙结构隙结构,获得多孔陶瓷的一种方法。获
4、得多孔陶瓷的一种方法。3.1.3发泡工艺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发泡工艺是向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质质,通过化学反应等产生挥发性气体通过化学反应等产生挥发性气体,产生泡沫。产生泡沫。3.1.4 添加造孔剂工艺添加造孔剂工艺 该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用这利用这些造孔剂在坯体中占据一定的空间些造孔剂在坯体中占据一定的空间,高温下燃尽或高温下燃尽或挥发后在陶瓷体中留下孔隙。挥发后在陶瓷体中留下孔隙。3.1.5 固态烧结工艺固态烧结工艺 固态烧结法又称骨料堆积法。该工艺是在骨固态烧结法又称骨料堆积法。该工艺是在骨料中加入相同
5、组分的微细颗粒料中加入相同组分的微细颗粒,利用微细颗粒易于利用微细颗粒易于烧结的特点烧结的特点,在一定温度下将骨料在一定温度下将骨料(大颗粒大颗粒)连接起来连接起来。溶胶溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体凝胶工艺主要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粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔小气孔,形成可控多孔结构。形成可控多孔结构。3.1.7 冷冻干燥工艺冷冻干燥工艺 冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该该技术由英国人技术由英国人Wollaston于于1813年发明。年发明。冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低冷冻干燥的机理就
6、是将需干燥的物料在低温下先行冻结至其共晶点以下温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的使物料中的水分变成固态的冰水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境然后在适当的真空环境下下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去,从而获得干燥的制品。从而获得干燥的制品。3.1.8 多孔陶瓷水热多孔陶瓷水热-热静压工艺热静压工艺 该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔径多孔陶瓷。其简单制备步骤为径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和硅凝胶和10%(质质量百分数量百分数)的水混合的水混合,置于高压釜中置于高压釜中(压力压力1015MPa,温度温度
7、300),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。水热水热-热静压工艺中热静压工艺中,反应时间一般为反应时间一般为10180 min。在在25MPa下处理下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积制得的多孔陶瓷材料体积密度为密度为0.88 g/c,孔体积为孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为孔尺寸分布范围为3050 nm,抗压强度高达抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热。多孔陶瓷水热-热热静压工艺具有以下优点静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压制得的多孔陶瓷材料抗压强度高、性能稳定、孔径分布范围广。强度高、性能稳定、孔径分布范围广。3.1.9 快速自动成形工
8、艺快速自动成形工艺 RP技术是技术是1987年出现的年出现的,应用于制造业的高新技术。应用于制造业的高新技术。RP技术的本质是用积分法制造三维实体。在成形过程中技术的本质是用积分法制造三维实体。在成形过程中,先由三维造型软件在计算机中生成部件的三维实体模型先由三维造型软件在计算机中生成部件的三维实体模型,然后将其用软件然后将其用软件“切切”出设定厚度的一系列片层出设定厚度的一系列片层,再将这再将这些片层的数据信息传递给成形机些片层的数据信息传递给成形机,通过材料逐层添加法制通过材料逐层添加法制造出来造出来,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美国此而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美国此项技
9、术发展较为成熟项技术发展较为成熟,我国云南大学研究得比较深入。我国云南大学研究得比较深入。一般是将粒状一般是将粒状和和、与与混合、成型、干燥、混合、成型、干燥、烧成。烧成。其中，其中，包括包括Al2O3、SiC和玻璃等。和玻璃等。分为分为(如碳粒如碳粒)和和(如碳酸钙如碳酸钙)。在烧结时在烧结时，逸出气体起，逸出气体起，形成连通开孔。，形成连通开孔。在烧结时在烧结时，形成液相烧结，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形成孔隙。成孔隙。除除气孔率较大气孔率较大外，同一般外，同一般陶瓷烧结体无大差别。陶瓷烧结体无大差别。是采用是采用机械加工方法机
10、械加工方法制成许制成许多多，孔径，孔径110mm的薄壁多的薄壁多孔结构。孔结构。泡沫陶瓷的结构是泡沫陶瓷的结构是重复的十重复的十二面体二面体复杂图形。复杂图形。泡沫陶瓷泡沫陶瓷可从可从1.2孔孔/cm的的最大孔到最大孔到39.37孔孔/cm的极细孔。的极细孔。泡沫陶瓷的泡沫陶瓷的略有别于略有别于，它采用特别严密的，它采用特别严密的(如聚氨酯如聚氨酯)为载体，进而加工成所需为载体，进而加工成所需形状、尺寸等。形状、尺寸等。在金属熔体过滤净化技术中的应在金属熔体过滤净化技术中的应用用 精过滤技术在其他领域的应用精过滤技术在其他领域的应用 作催化剂载体作催化剂载体 作敏感元件作敏感元件 作为隔膜材料
11、作为隔膜材料 降低噪声降低噪声 用于布气用于布气因为因为和和等多孔陶瓷等多孔陶瓷材料具有材料具有、的特点，的特点，因此，在金属熔体因此，在金属熔体中，泡沫中，泡沫陶瓷作为一种新型陶瓷作为一种新型高效过滤器高效过滤器，得到人们，得到人们的重视。的重视。采用采用进行进行，不仅能，不仅能有效去除有效去除，消除，消除，而且可大幅度，而且可大幅度。泡沫陶瓷泡沫陶瓷对对铝锌合金铝锌合金(ZA-27)组织和性能的影响组织和性能的影响如下：如下：泡沫陶瓷泡沫陶瓷对对的影响的影响下表列出了过滤前后下表列出了过滤前后ZA一一27合金的化学成合金的化学成分变化情况。分变化情况。过滤前后过滤前后ZA一一27合金的化学
12、成分合金的化学成分()由表中数据可见，泡沫陶瓷由表中数据可见，泡沫陶瓷对对没有污染作用。没有污染作用。用用作作尘埃阻滤元件尘埃阻滤元件,可测定可测定1000高温烟气中高温烟气中0.5um以上的以上的；利用利用碳化硅碳化硅制成的孔径约制成的孔径约40um的多孔的多孔陶瓷可用于陶瓷可用于；以最大孔径为以最大孔径为0.9um的多孔陶瓷过滤管的多孔陶瓷过滤管可可。由于由于具有良好的具有良好的，被覆催化剂后，反应流体，被覆催化剂后，反应流体通过多孔通过多孔陶瓷孔道后陶瓷孔道后，将大大提高，将大大提高和和。例如用例如用和和被覆被覆贵金贵金属或稀土金属属或稀土金属催化剂后，可用于催化剂后，可用于，使层气中的
13、，使层气中的CO、CmHn化合物转化合物转化为化为CO2，并能使捕获的炭粒，并能使捕获的炭粒在较低的温在较低的温度下度下起燃，使起燃，使净化过滤器净化过滤器催化再生。催化再生。当多孔陶瓷的当多孔陶瓷的时，时，利用多孔陶瓷的这一特点，可，利用多孔陶瓷的这一特点，可某一反应生成的气体产物，某一反应生成的气体产物，而使反应速度加快。而使反应速度加快。利用利用制成的制成的，可快速测出土壤中的水分变化，其，可快速测出土壤中的水分变化，其取决于取决于材料的气孔率及孔径材料的气孔率及孔径。多孔陶瓷片两侧多孔陶瓷片两侧后，插入土后，插入土壤中，壤中，将由陶瓷片的将由陶瓷片的电电阻值变化阻值变化而反映出来。而反映出来。在电解法生产双氧水工艺中，用多孔在电解法生产双氧水工艺中，用多孔陶瓷作为陶瓷作为，控制其孔径小于，控制其孔径小于0.5um及渗透性指标，可大大及渗透性指标，可大大，和和，效率可提高，效率可提高50以上。以上。
