陶瓷材料制备技术新进展

作者:李超;王丽萍; 刊名:中国化工贸易 上传者:刘文胜

【摘要】多孔陶瓷是一种新型功能材料,因其物化性质优异,被广泛用于众多领域.本文介绍了多孔陶瓷的分类和用途;着重介绍新型制备方法,如:模板合成、凝胶注模、水热-热静压和放电等离子烧结工艺的研究进展.并对陶瓷的未来研发方向进行了展望.

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-87-中国化工贸易 2017 年 1 月 Technological process | 工艺技术 多孔陶瓷是一类含有较多孔洞的新型陶瓷材料,由骨料、粘结剂和增孔剂等组分煅烧而成,可利用孔结构与材质属性相结合达到需要的多功能性陶瓷体。多孔陶瓷按孔径大小分为: 微孔陶瓷(孔径<2nm)、介孔陶瓷(孔径为2~50nm) 及宏孔陶瓷 ( 孔径> 50nm) 三类。按孔形结构可分为粒状陶瓷、蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷三类,后者有闭孔型、开孔型及半开孔型3种类型;按照基体材质可分为,硅藻土、刚玉、金刚砂、高质硅酸盐类、铝硅酸盐类、陶质、石英玻璃和其它工业废料。 多孔陶瓷在环保、催化、冶金、能源、生物医药、电子和航空航天领域得到广泛应用。随着科技的进步,多孔陶瓷制备技术不断创新,逐渐成为众多学者的研究热点。本文,结合了国内外较新的陶瓷研究动态对陶瓷制备技术进行了评述。 1 多孔陶瓷的制备工艺 多孔陶瓷性能与陶瓷基体的物化性能、气孔分布状态、气孔形态和体积大小密切相关。制备工艺技术是决定陶瓷结构、气孔形态和应用的关键因素。传统制备工艺具有工艺流程短、操作周期短、易于工业化的特点。主要包括:挤压成型法、有机泡沫浸渍法、颗粒堆积法、发泡法、添加造孔剂法等。 1.2 新型制备工艺 1.2.1 模板合成工艺 模板合成工艺是将陶瓷前驱体注入多孔结构模板中,最终获得相同模板结构或形貌的多孔材料。ReinhardtB等以开孔聚氨酯为模板,硼硅酸钠为原料,盐酸、异丙醇、聚乙烯醇为有机溶剂,氯化钠为稳定剂,通过焙烧脱模技术和酸、碱浸提技术成功合成了比表面积为 80-100m2/g 之间、孔尺寸为 0.04-1mm、孔容为 0.4-0.5cm3/g的多孔陶瓷材料,但存在制备陶瓷材料易脆的问题。 1.2.2 梯度构造工艺 陶瓷中气孔率按特定方向呈规律排列的陶瓷称为气孔梯度陶瓷,分为阶梯气孔和连续气孔两种陶瓷。Sarikaya A 等以 YSZ 粉末为原料、乙醇和二甲苯为溶剂、聚乙烯亚胺与聚酯共聚物为分散剂,采用流延成型工艺成功制备了无裂痕、无断裂、无起泡的 YSZ 多孔陶瓷。作者系统研究了造孔剂的尺寸、形貌、颗粒分布、分解和氧化行为对悬浮液中料浆流变行为和陶瓷梯度孔结构的影响。结果表明:造孔剂对孔结构影响显著,蔗糖在陶瓷中未形成任何孔结构;聚丁烯酸甲酯在陶瓷中形成大量的封闭孔;而石墨却形成了数量较多、孔容量较大的开孔结构。 1.2.3 凝胶注模工艺 20世纪90年代,美国橡树岭国家实验室最早将传统陶瓷成型技术与高分子化学反应结合,并研制出凝胶注模 工艺。过程如下:先将陶瓷粉体、分散剂与有机单体溶液混合,在引发剂和催化剂共同作用下聚合。最终凝固成均匀性好,强度高、易加工的素坯,再经过烧结工序制得陶瓷。MarõÂa IN 等介绍了凝胶注模工艺的发展史,指出了凝胶注模工艺是制备致密度高、结构复杂陶瓷的最佳工艺。论文对多糖的物化性质、凝胶机制(化学、热)及其协同作用进行了详细研究;还对二维陶瓷(基底、涂层和复合材料)和三维陶瓷制备的成胶机制进行了详细说明。 1.2.4 放电等离子烧结工艺 放电等离子烧结工艺是指粉末颗粒之间通入脉冲电流,使其快速生温而实现烧结的一种方式,具有升温快、产品材质均匀和环保节能的优势。Sahibzada SR等以B4C 为原料,FeAl3 为助剂,经过球磨、干燥、塑型和冷压处理工序,并在压力为 50Mpa、烧结温度为 1700℃的马弗炉中焙烧获得了致密度高的 B4C 基陶瓷。结果表明:Fe3Al 助剂对陶瓷微孔结构和机械性能影响显著,归因于 B4C 与 Fe3Al 之间

参考文献

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