多孔陶瓷材料的制备与前景

1、多孔陶瓷材料的制备与前景.二一._一一骜llljl_i警_多孔陶瓷材料的制备与前景潘顺浩郑州大学化学系(45o0o1)摘要:简述了多孔陶瓷材料优良的性能及几种常用的分类方法,对多孔陶瓷的制备方法应用前景及发展方向作了介绍关键词:多孔陶瓷;制备;应用;前景多孔陶瓷是一类含有较多孔洞的无机材料,其主要是利用材料中孔洞结构与材质相结合而具有的独特性质来达到所需要的各种功能多孑l陶瓷具有巨大的气孔表面积和巨大的气孔率;可调节的气孔形状,气孔孑l径及其分布;气孑l在三维空间的连通,分布可调;具有优良的热,磁,光,化学等功能的特点.止是由于其优良的性能及广泛的应用,多孔陶瓷引起了材料科学界的极大兴趣,近年

2、来得到了迅速的发展.1多孔陶瓷的分类多于l陶瓷的种类很多按孔径可分为3种类型:孔径<2nm的称为微孔陶瓷,孑l径介于2nm5onm之间的称为介孔陶瓷,孑l径大于50nm的称为宏孔陶瓷;根据成l方法和孔隙结构的不同,多孔陶瓷可分为j类:粒状陶瓷烧结体,泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷按所用的骨料可以分为6种:刚玉质材料,碳化硅质材料,铝硅酸盐材料,石英质材料,玻璃质材料,其他材质2多孔陶瓷的制备方法多孑l陶瓷的制备方法有挤压成型,有机泡沫浸渍法,发泡法,添加造孔剂,颗粒堆积法等.2.1挤压成型法在生产过程中.核心r序是挤出成型,而挤出成型模具又是挤出成型的核心技术.目前我国已研制并生产使用的蜂窝陶瓷挤成

3、型模具达到了400孔/in的规格.美国与日本已开发研制出了600孑l/in,90o孑l/in的高孔密度,超薄壁型蜂窝陶瓷.我国也已经开始了6o0孔/in挤出成型模具的研究.并取得了初步成功41,它的工艺流程为:原料合成一混合练混一挤成型一十燥一烧成一制品.2_2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺有机泡沫f聚合物)浸渍工艺是schwartzwaider于1963年发明的.该方法是用有机泡沫浸渍陶瓷料浆,干燥后在高温下烧掉有机泡沫载体而形成孔隙结构,从而获得多孔陶瓷的一种方法.其区别于其他方法之处在于它凭借了有机泡沫体所具有的开孔i维网状骨架的特殊结构,将制备好的料浆均匀地涂覆在有机泡沫网状体上+而烧掉有

4、机泡沫后获得的孑l隙是网眼型的,其优点是高气孔率,孔径大小可调,制备强度高.缺点在于制备形状,密度不易控制.有机物燃烧污染环境,主要应用于金属过滤器.清华大学利用该方法制成了平均孔径2003o0um,孔隙率在70%一80%的多孔羟基磷灰石:西安交通大学以羟基磷灰石粉,生物玻璃粉为料浆,以硅溶胶作溶剂和粘结剂,以羟甲基纤维素为流变剂,采用该方法制备出了孑l径约450500um,孔径均匀,孔隙相连通的多孑l生物活性复相陶瓷佳木斯大学李慕勤教授指导的研究生采用该方法以羟基磷灰石掺加少量(26%1生物玻璃制备了孔径20o400um,孔隙率70%80%,抗压强度2mpa左右的多孔羟基磷灰石陶瓷.该法极为

5、重要的步骤是有机泡沫体浸渍浆料的成型.有机泡沫浸渍料浆后,既要排除多余的浆料,又要保证浆料在网络孔壁上分布均匀,减少堵孔.这是决定和优化最终制品结构均匀性和气孔率以及力学性能的关键环节.2.3发泡法发泡工艺是向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质,通过化学反应等产生挥发性气体产生泡沫,经干燥和烧成制得多孑l陶瓷i.用来做发泡剂的化学物质有很多种类,例如,用硫化物和硫酸盐混合作发泡剂;用碳化钙,氢氧化钙,铝3.3从经济措施上展开项目投资的有效控制严格控制现场经费和总部管理费,合理使用广告策划费,销售代理费等,减少销售成本,最大限度降低静态投资.例如:占道费,绿化赔偿费和其他补偿费等,对大宗材料或大型

6、设备按合同要求可直接进行甲供,以达到降低造价之目的甲供材料须根据工序及施工进度安排进料计划,尽量降低存储成本.另外,加强甲供材料的现场管理,合理堆放,减少搬运及损耗参考文献:1刘伊生.工程造价管理基础理论与相关法规【m】.北京:中国计划出版社.2【】03.2】成允兴.试论对工程造价的控制.山西建筑,2005,31(1)【3冯亮.浅议施工企业的工程造价管理.中州建设,2()()7,(8).:嘞册局瓣警簪一毒穗.%蔫毒一糍e鬻.%l臻.棼.ll罄._一簿黎鍪罄笺一.毒薯%囊嚣辫卺母粤孽f蕾磬群j嚣,爱j._-一j_|llilll150粉硫酸铝和双氧水作发泡剂:由亲水性聚氨脂塑料和陶瓷泥浆同时发泡制

7、备多孔陶瓷等.发泡工艺还可以制备小孔径的闭口气孔陶瓷.气孔率大,强度高,其缺点是原料要求高,工艺条件不易控制.2.4添加成孔剂工艺法m陶瓷颗粒粘结,堆积可形成多l结构,颗粒靠粘结剂或自身粘合成形.这种多孔材料的气孑l率较低,r一般2o%30%左右.为了提高气孔率,可在原料巾加入成孔剂fpomusf0r-mer1,如碳粒,碳粉,纤维,木屑等烧成时可以烧去的物质.也有用难熔化易溶解的无机盐类作为成孔,它们能舟烧结后的溶剂侵蚀作用下除去.此外,可以通过粉体粒度配比和成孔剂等控制孔径及其它性能.这样制得的多孔陶瓷气孔率可达75%左右,孔径可在微米至毫米之问.虽然在普通的陶瓷工艺中,采用调整烧结温度和时

8、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,无法兼顾气孑l率和强度.而采用添加成孔剂的方法则nr以避免这种缺点,使烧结制品既具有高的气孔率,义具有很好的强度.其优点是气孔大,形状可控,艺简单;缺点是分布均匀性差,不适合制备高气孔率的制品.2.5颗粒堆积工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加人相同组分的微细颗粒.利用微细颗粒易于烧结的特点.在高温f液化.从而使料连接起来.骨料粒径越大.形成的多孔陶瓷平均孑l径就越大,呈线性关系.骨料颗粒尺寸越均匀,产生的气孑l分布也越均匀.另外添加剂的含量和种类以及烧成温度对微孑l体的分布和孔

9、径大小也有直接的影响.如yang等用yb,0作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷【,chen等用o【2sin和硅粉的混和粉料在高压氮下进行自蔓延,合成r由b2si1n绀成的网状多孔氮化硅陶瓷】.陶瓷骨料粘结堆积而成,孔町在0.1m60om,气孔率一般较低,在2o%30%左有.其主要优点在于工艺简单,制备强度高;主要缺点是气孑l率低.应用于部分无机膜.3多孔陶瓷的应用多孑l陶瓷材料由于其独特的多孔结构具有的独特优良性能,目前其应用已遍及环保,节能,化【,f油,冶炼,食品,制药,生物医学等多个科学领域,引起了拿球材料学科的高度关注.其中一个重要的应用就是用作高温高含尘气流过滤器.以多孔陶瓷材料做过滤介质的

10、陶瓷微过滤技术及陶瓷过滤装置,不仅解决了高温,高介质,强酸碱介质和化学溶剂介质等难过滤问题,而且本身于具有过滤精度高,洁净状态好以及容易清洗,使用寿命长等特点而广泛的应用于石油,化工,制药,食品,环保和水处理等领域:蜂窝状的堇青石陶瓷载体是良好的催化剂载体如,将多7l陶瓷催化净化器应用于汽车排气管中,可使排f的c0,chv,h0x等有害气体转化成c0,h0,n,从i达到净化卒气的目的.目前人们一致认为用多孑l陶瓷制造的汽车净化器和微粒捕捉器是控制汽车尾气排放的最有效的方法.因多孔陶瓷有结构细密,相互连通的孔径结构可作为良好的吸声材料.4多孔陶瓷应用前景及展望自2000年以来,国外的多孑l陶瓷工

11、业平均每年以15%一20%的速度增长,预计到2010年,多孔陶瓷营业额可达1500亿美元.多孑l陶瓷在更广泛的领域得以应用,必将取得巨大的经济和社会效益.陶瓷将朝着全面健康化,节能环保化,设计时装化,互动人性化的方向迈进:这些设计与组合的多l陶瓷产品必将进入千家万户,给人们的生活带来快乐.参考文献:【1】罗民华.莫来石纤维多孔陶瓷的制备,结构表征及性能研究u1.华南理工大学博士论文,20o3,(5).i2】朱小龙,苏雪筠.多孔陶瓷材料】.中国陶瓷,2000,36(4):3639.3】杨刚滨,蔡序珩等.多孔陶瓷制备技术及其进展u】.河南科技大学学报(自然科学版),2004,25(2):991o3

12、.【4】邓重宁.600孔/in蜂窝陶瓷载体挤出成型模具1.陶瓷,20()1,152(4):4041.【5】schwar1der,a.v.somers.unitedstatespatent【s】.us3o90,0941963.【6】田杰谟,李信勇,张勇等.浸浆法制备生物多孔陶瓷u1.功能材料,20o2,33(6):656657.【7j赵俊亮,付涛,徐可为.有机泡沫浸渍法制备多孔羟基磷灰石复相陶瓷u】.中国陶瓷,2003,39(1):47.【8j史可顺.多孔陶瓷制造工艺及进展u1.硅酸盐通报,1994,f31:3844【9】张华民,王志群.无机分离膜的研究现状与发展前景一无机分离膜的制备与表征ull无机材料学报,1993,8(1):111.【10】yangjf,dengzy,ohjit.fabricationandchamcterizadonofporoussiliconnitridecerarl1icsusingyb203assinteringadditiveu1jeurcerams0c,2003,23(2):3712378.1l】chen1)y,zhai1gbl,zhuanghr