泡沫陶瓷
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泡沫陶瓷范文第1篇
1 前言
泡沫陶瓷是多孔陶瓷的一種，因其具有高孔隙率、耐高溫、耐腐蝕、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用，如：高溫液體、氣體過濾分離、耐腐蝕填料、催化載體等。廣義上講，具有泡沫孔洞，或用有機(jī)泡沫做填充載體、燒失得到的多孔陶瓷都可稱為泡沫陶瓷。但從嚴(yán)格意義上來說，泡沫陶瓷是專指使用聚氨脂或其它有機(jī)材料的開孔泡沫塑料作為支撐載體，浸掛陶瓷漿料成型，之后在燒成過程中同時(shí)去除有機(jī)載體，得到的制品高孔隙率。[1]
泡沫陶瓷一般用作鑄造行業(yè)的熔融金屬過濾，其有堇青石、莫來石、氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等等多種材質(zhì)。而目前應(yīng)用的較多的是氧化鋁、碳化硅、氧化鋯三種。其中，氧化鋁泡沫陶瓷主要用于金屬鋁和鋁合金；碳化硅泡沫陶瓷用于鑄鐵及有色金屬；氧化鋯泡沫陶瓷用于不銹鋼及更高溫合金等。普通的碳化硅泡沫陶瓷通常由碳化硅粉末、粘土、二氧化硅和氧化鋁混合制成，[2] 在空氣中的燒成溫度范圍為1200～1400 ℃，燒成過程中碳化硅顆粒與玻璃體或半結(jié)晶鋁硅酸鹽化合物結(jié)合，形成有一定強(qiáng)度和致密度的陶瓷體，這種制備工藝的一個(gè)特點(diǎn)是在燒結(jié)過程中不收縮或僅有輕微收縮，碳化硅合量一般不超過75wt%，這對(duì)于這種制品的正常使用已經(jīng)足夠了，因?yàn)榻^大多數(shù)碳化硅泡沫陶瓷在鑄造領(lǐng)域用作過濾器是一次性的，低含量的碳化硅可以有效降低成本和增大工藝的靈活性，由此提高生產(chǎn)效率。而在某些領(lǐng)域，如：燃燒器、柴油機(jī)尾氣過濾器、加熱元件、太陽能接收器等，需要更耐高溫和抗熱沖擊性更好甚至導(dǎo)電的碳化硅泡沫陶瓷，現(xiàn)有制品中較低的碳化硅含量已經(jīng)不能滿足要求，而且往往需要長(zhǎng)期重復(fù)使用。因此，需明顯提高現(xiàn)有碳化硅泡沫陶瓷中的碳化硅含量，來提高其抗熱沖擊性和長(zhǎng)期重復(fù)使用的性能。
本文選用優(yōu)質(zhì)高純碳化硅粉為原料，使用少量活性添加劑，采用普通泡沫陶瓷的有機(jī)泡沫浸漿工藝成型，在惰性氣氛下，采用大于1800 ℃的溫度燒成，可以獲得碳化硅含量>98%的碳化硅泡沫陶瓷，為高純碳化硅泡沫陶瓷的應(yīng)用提供了一項(xiàng)選擇。
2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
2.1 實(shí)驗(yàn)原料
（1） 碳化硅粉：含量99.5%，平均粒經(jīng)有1.2 μm、1.8 μm、18 μm、54 μm。
（2） 碳化硼粉：含量98%，平均粒經(jīng)1.1～1.3μm，作為燒結(jié)助劑。
2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
本實(shí)驗(yàn)使用的主要設(shè)備是氣氛燒結(jié)爐，它的特征為使用石墨發(fā)熱體，爐體循環(huán)水冷，可抽真空，通氣氛（本文中為Ar氣），最高可燒至1950 ℃，功率為110 kW。
2.3 實(shí)驗(yàn)工藝
本實(shí)驗(yàn)所使用的工藝流程如圖1所示。
（1） 配料
配料中基本配方為碳化硅粉，外加0.6wt%碳化硼（按有效硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算），碳化硅粉一個(gè)配方中用兩種粒徑的顆粒，以形成雙峰顆粒分布。
（2） 漿料制備
漿料中分散介質(zhì)為水；粉結(jié)劑使用水溶性酚醛樹脂等樹脂；懸浮液的固含量為80%左右；有機(jī)泡沫的規(guī)格為10～30 PPI（單位英寸的孔數(shù)目）。浸漿時(shí)可用離心機(jī)將多余的懸浮液去除，干燥后再重復(fù)浸漿和甩漿，這樣重復(fù)多次，直到掛漿厚度、重量滿意為止。
（3） 泡沫浸漿
對(duì)于規(guī)格為10 PPI（40 mm×40 mm×25 mm）有機(jī)泡沫，掛漿重量為20～25 g，即生坯密度為0.5～0.6 g/cm3，對(duì)于規(guī)格為30 PPI的有機(jī)泡沫，生坯密度為0.6～0.7 g/cm3，即25～30 g左右。
（4） 脫脂與燒結(jié)
干燥后脫脂在氣氛爐中進(jìn)行，控制緩慢脫脂以防開裂，通Ar氣，目的是保留部分坯體中的殘余碳，在隨后的高溫?zé)蛇^程中這些殘余碳可以起到活化和助燒結(jié)作用，燒成時(shí)先抽真空，再通Ar氣，最高燒成溫度為1850～1900 ℃，保溫2 h。因?yàn)橹破稴iC含量很高，具有優(yōu)良的抗熱沖擊性，可以快速升溫，在爐體水冷循環(huán)的情況下快速降溫，整個(gè)燒成周期可縮至8 h。其燒成制度曲線如圖2所示。
2.4 測(cè)試
（1） 強(qiáng)度測(cè)試
測(cè)試抗壓強(qiáng)度，按普通泡沫陶瓷抗壓強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行。
（2） 抗熱沖擊性測(cè)試
為驗(yàn)證制品的高熱沖擊性，以水冷代替空冷來進(jìn)行測(cè)試，將制品在空氣中加熱至1000 ℃后，迅速在冷水中急冷，測(cè)試之后的殘余強(qiáng)度。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3.1 配方選擇
不同孔數(shù)的有機(jī)泡沫，其聚氨脂網(wǎng)絡(luò)的粗細(xì)不同，10 PPI和30 PPI的有機(jī)泡沫網(wǎng)筋粗細(xì)有明顯區(qū)別，其掛漿性能也因此不同，需要調(diào)整漿料尤其是顆粒粒徑和濃度以適應(yīng)上漿的需要。其配方及工藝參數(shù)詳情如表1所示。
3.2 樣品性能分析
Ar氣高溫?zé)珊蟮呐菽沾蓸悠沸阅苋绫?所示。
純SiC的燒結(jié)需2200～2400 ℃的高溫，這對(duì)設(shè)備要求很高，為降低燒成溫度，常用單質(zhì)硼、碳化硼等為燒結(jié)助劑，同時(shí)，單質(zhì)碳也可起到活化作用。SiC是強(qiáng)共價(jià)鍵化合物，即使有助燒結(jié)劑存在，仍需很高的溫度才能使顆粒頸部產(chǎn)生結(jié)合傳質(zhì)，促進(jìn)燒結(jié)。本文中燒成溫度為1900 ℃，制品泡沫陶瓷抗壓強(qiáng)度接近1 MPa，基本能適應(yīng)大部分的應(yīng)用場(chǎng)合，若提升燒成溫度至2000 ℃以上，有望進(jìn)一步提高其強(qiáng)度。
與普通SiC泡沫陶瓷燒成零收縮不同，本文中樣品均有燒成收縮。配方中含有較多1 μm左右的SiC細(xì)粉，在高溫有助燒結(jié)劑存在時(shí)，產(chǎn)生傳質(zhì)自結(jié)合，引起收縮，同時(shí)又由于有更多的粗粉SiC存在，這種燒成收縮遠(yuǎn)比燒結(jié)純SiC陶瓷要小很多。粗粉SiC的作用一方面是減少收縮以防止高溫?zé)砷_裂；另一方面粗粉的存在使坯體形成一部分閉氣孔，這些封閉氣孔可明顯提高坯體的抗熱沖擊性能。2#樣品燒成收縮略低于1#樣品，是因?yàn)槠渑浞街蓄w粒略粗于1#樣品，相應(yīng)強(qiáng)度也略低于1#樣品，但兩種樣品熱沖擊性都很高，測(cè)試后仍有95%的殘余強(qiáng)度。
4 結(jié)論
（1） 應(yīng)用有機(jī)泡沫浸漿工藝使用高純SiC原料，高純配比，添加少量（0.6%）碳化硼助燒結(jié)劑，在Ar氣高溫1900 ℃可制備出高SiC含量的SiC泡沫陶瓷。
（2） 高純SiC泡沫陶瓷具有優(yōu)異的抗熱沖擊性能，為某些需要高溫重復(fù)使用泡沫陶瓷制品的場(chǎng)合提供更多選擇。
參考文獻(xiàn)
泡沫陶瓷范文第2篇
關(guān)鍵詞:氧化鋁;泡沫陶瓷;現(xiàn)狀;展望
1前 言
泡沫陶瓷材料最早于20世紀(jì)70年代由美國科學(xué)家利用氧化鋁和高嶺土等原料研制成功,是一種具有高溫特性的多孔材料[1]。我國對(duì)氧化鋁泡沫陶瓷的研究起步較晚,于20世紀(jì)80年代初才開展。泡沫陶瓷作為第三代多孔過濾陶瓷,以其密度小、氣孔率高、耐高溫、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于金屬熔液過濾、隔熱隔音材料、汽車尾氣處理、電工電子領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域以及生物化學(xué)等領(lǐng)域[2-3]。它制造工藝簡(jiǎn)單,通過選擇不同的材質(zhì),并控制加工工藝過程,可以制成適合于不同用途的泡沫陶瓷產(chǎn)品。
氧化鋁泡沫陶瓷是使用最早的一類泡沫陶瓷,也是泡沫陶瓷三大類(氧化鋁、碳化硅、氧化鋯)的一個(gè)重要分支,被廣泛使用于鋁及其合金鑄造行業(yè)。目前,隨著鋁及鋁合金制品性能要求的不斷提高,對(duì)于鋁液過濾也提出了新的要求,要求鋁液具有純度高、浮雜少、鋁液流速平緩等良好的澆鑄特性,以使?jié)茶T出的鋁制品具備優(yōu)秀的理化性能和機(jī)加工性能,從而滿足更苛刻的使用條件,并延長(zhǎng)鋁制品的使用壽命。
2氧化鋁泡沫陶瓷的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 產(chǎn)品規(guī)格
泡沫陶瓷大板一般指300mm×300mm×30mm以上規(guī)格的過濾板,當(dāng)今市場(chǎng)上銷售較多的幾種規(guī)格有長(zhǎng)寬尺寸均為12inch、15inch、17inch、20inch和23inch等,厚度有30mm、40mm和50mm等。依托現(xiàn)有泡沫陶瓷的生產(chǎn)技術(shù),國內(nèi)廠家都可根據(jù)客戶要求生產(chǎn)出不同規(guī)格和形狀的過濾板。
2.2 生產(chǎn)廠家及其分布情況
目前,國內(nèi)以泡沫陶瓷大板為主要產(chǎn)品、具有一定規(guī)模的生產(chǎn)廠家近20家,其中主要分布在華中、華東、華南地區(qū),大致分布為:廣東2家、福建1家、山東2家、天津1家、北京2家、山西1家、江西3家、江蘇3家和浙江2家。這些廠家生產(chǎn)的過濾板大都在國內(nèi)銷售,出口較少。
2.3 產(chǎn)品質(zhì)量
國內(nèi)氧化鋁泡沫陶瓷產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,產(chǎn)品質(zhì)量的差距主要體現(xiàn)在過濾板表面裂紋、產(chǎn)品強(qiáng)度、網(wǎng)孔均勻性以及尺寸偏差等方面,質(zhì)量較好的過濾板具有產(chǎn)品強(qiáng)度高、表面無裂紋、網(wǎng)孔均勻、尺寸偏差小等特點(diǎn)。國內(nèi)質(zhì)量好的過濾板與國外產(chǎn)品相比差距不大,主要是在產(chǎn)品外觀上存在一定不足,如網(wǎng)絲不夠粗、表面不夠光滑等,還有就是產(chǎn)品穩(wěn)定性不如國外控制得好。
2.4 產(chǎn)品銷售情況
國內(nèi)廠家生產(chǎn)的過濾板主要是滿足國內(nèi)各鋁廠的需求,現(xiàn)在國內(nèi)鋁廠基本都采用過濾板凈化鋁液,從而達(dá)到提高鋁制品合格率及性能的目的。我國是鋁制品的生產(chǎn)大國,鋁制品產(chǎn)量一直居于世界第一,但主要以中低端產(chǎn)品為主。隨著市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)大,鋁制品必定要走向高端化,泡沫陶瓷過濾板的使用可提高鋁制品的質(zhì)量,提高產(chǎn)品檔次,使之滿足高端市場(chǎng)的要求。因此,對(duì)過濾板的需求將不斷增加,其市場(chǎng)也將變得廣闊。
2.5 生產(chǎn)工藝現(xiàn)狀
國內(nèi)泡沫陶瓷生產(chǎn)普遍采用的是有機(jī)前驅(qū)體浸漬法,由于該法操作簡(jiǎn)便、設(shè)備投入少、生產(chǎn)易于控制,并且能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),因此得到了廣泛運(yùn)用。雖然每個(gè)廠家生產(chǎn)的具體情況有所不同,但大致工藝過程及所需控制的工藝技術(shù)點(diǎn)都是一樣的。該制備方法主要有三個(gè)關(guān)鍵因素:一是海綿的選擇及控制;二是原料的配比;三是燒成的控制。
3前景展望
3.1 生產(chǎn)工藝展望
隨著有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備泡沫陶瓷工藝的不斷成熟,以及國內(nèi)生產(chǎn)廠家的不斷研發(fā)創(chuàng)新,泡沫陶瓷生產(chǎn)工藝將朝著科技化、自動(dòng)化的方向發(fā)展。例如原料配料將朝著攪拌球磨的方式發(fā)展,這樣制備的漿料均勻性較好;干燥將向微波干燥方式發(fā)展,該方法具有節(jié)約能源、干燥快速、均勻的特點(diǎn);燒成將向輥道窯燒成方式轉(zhuǎn)變,因輥道窯具有內(nèi)部氣氛和溫度均勻、產(chǎn)量大等特點(diǎn),有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。這些工藝在國外已經(jīng)比較成熟,也是國內(nèi)目前要引進(jìn)吸收和消化的。
另外,利用陶瓷廢料生產(chǎn)泡沫陶瓷也是未來發(fā)展的重要方向,符合現(xiàn)在提倡的資源節(jié)約、環(huán)境友好型生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展方針。侯來廣[4]等已經(jīng)報(bào)道了陶瓷廢料在多孔陶瓷制備中的應(yīng)用,并列舉實(shí)例說明了其必要性和可行性。
3.2 產(chǎn)品質(zhì)量展望
隨著先進(jìn)生產(chǎn)工藝與設(shè)備的引進(jìn),氧化鋁泡沫陶瓷過濾板的產(chǎn)品質(zhì)量將逐步得以提高,并朝著產(chǎn)品規(guī)格越來越大、網(wǎng)孔越來越小、成本越來越低及產(chǎn)品強(qiáng)度越來越高的方向發(fā)展。這些都是對(duì)鋁及鋁合金廠家提出的要求,也是未來市場(chǎng)提出的要求。
3.3 產(chǎn)品銷售展望
目前,國內(nèi)過濾板出口還很少。但未來幾年,隨著國內(nèi)泡沫陶瓷市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇,開拓國外市場(chǎng)將成為國內(nèi)廠家的新方向,尤其是中東、非洲、南美等發(fā)展中地區(qū)的市場(chǎng)將成各廠家爭(zhēng)相開發(fā)的目標(biāo),過濾板的出口銷量也將隨之增大。
4結(jié) 語
(1) 隨著對(duì)鋁制品質(zhì)量要求的不斷提高,氧化鋁泡沫陶瓷大板以其優(yōu)良的過濾性能,其應(yīng)用前景將更加廣闊,同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)也將更加激烈;
(2) 氧化鋁泡沫陶瓷的生產(chǎn)工藝將在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上得到進(jìn)一步的發(fā)展,尤其是配料、干燥與燒成工藝將逐步與國外對(duì)接;
(3) 氧化鋁泡沫陶瓷大板的出口量將在未來幾年內(nèi)持續(xù)增加,產(chǎn)品質(zhì)量也將逐漸提升,向著網(wǎng)孔小、尺寸偏差小、產(chǎn)品強(qiáng)度高的方向發(fā)展;
(4)利用陶瓷廢料制備氧化鋁泡沫陶瓷將成為未來幾年的重要發(fā)展方向;
(5) 開發(fā)氧化鋁泡沫陶瓷的新用途,如在污水處理等方面的應(yīng)用,也是氧化鋁泡沫陶瓷未來發(fā)展的方向。
參考文獻(xiàn)
[1] Zhu Xinwen,Jiang Dongliang,Tan Shouhong,et al.Improvement in the thickness of reticulatedporous ceramics[J].J.Am Ceram Soc,2001,84(7):1654-1656.
[2] 張守梅,曾令可.環(huán)保吸聲材料的發(fā)展及展望[J].陶瓷學(xué)報(bào),2002,23(1):56～60.
泡沫陶瓷范文第3篇
摘 要：本文介紹了泡沫凝膠注模成型工藝，研究了分散劑、固相含量等工藝參數(shù)對(duì)漿料粘度的影響，研究得出漿料中固相含量為55%時(shí)，以PMAANa為分散劑，可獲得100 mPa?S低粘度高固相的陶瓷濃懸浮液；同時(shí)還研究了引發(fā)劑對(duì)凝膠固化反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明引發(fā)劑在0.3 ～ 0.4%時(shí)聚合時(shí)間較適宜；重點(diǎn)探討了發(fā)泡劑、固相含量、引發(fā)劑等對(duì)多孔氧化鋁陶瓷性能的影響。
關(guān)健詞：泡沫凝膠注模；多孔陶瓷；工藝參數(shù)
1 引言
隨著陶瓷行業(yè)對(duì)陶瓷材料性能和制品形狀等要求的日益提高，傳統(tǒng)的成型方法，如注漿成型、干壓成型、熱壓鑄成型、注射成型等已不能滿足其要求[1]。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的成型技術(shù)或多或少存在一些問題，如熱壓鑄成型或注射成型中有機(jī)物含量大，脫脂較困難，干燥變形大；注漿成型所需時(shí)間長(zhǎng)，坯體強(qiáng)度低，成品率低；等靜壓成型所需設(shè)備昂貴，成本高，無法普及；因此在很大程度上限制了陶瓷產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用前景。泡沫凝膠注模成型技術(shù)的出現(xiàn)可在一定程度上克服傳統(tǒng)成型工藝的不足，可以制備高性能陶瓷材料及大尺寸結(jié)構(gòu)復(fù)雜的異型零部件[2]。多孔氧化鋁陶瓷因具有滲透性、熱導(dǎo)率低、吸收能量、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)、節(jié)能、化工、制藥、生物醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域[3]。鑒于凝膠注模成型的優(yōu)越性以及多孔陶瓷應(yīng)用的廣泛性，本論文研究了多孔氧化鋁陶瓷的泡沫凝膠注模成型工藝。
2 實(shí)驗(yàn)
2.1實(shí)驗(yàn)原料
實(shí)驗(yàn)用陶瓷粉體為Al2O3粉，有機(jī)單體N-羥甲基丙烯酰胺（NMA ），交聯(lián)劑N，N′― 亞甲基雙丙烯酰胺（MBAM），催化劑四甲基乙二胺（TEMED），引發(fā)劑過硫酸銨（APS），分散劑聚丙烯酸鈉（PMAANa）和檸檬酸銨（TAC），發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉。
2.2實(shí)驗(yàn)工藝流程
泡沫凝膠注模成型工藝流程圖如圖1所示。
3 結(jié)果與討論
3.1 影響氧化鋁漿料性能的因素分析
3.1.1 分散劑對(duì)氧化鋁漿料粘度的影響
圖2為氧化鋁漿料的粘度與分散劑PMAANa用量的關(guān)系圖。由圖可得，當(dāng)PMAANa用量小于0.4%時(shí)，氧化鋁漿料的粘度隨著其用量的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)；而當(dāng)PMAANa的加入量占0.4 ～ 0.5%時(shí)，粘度的變化不明顯，分析原因可能是陶瓷顆粒對(duì)PMAANa的吸附已經(jīng)逐漸趨于飽和；但當(dāng)分散劑PMAANa的加入量大于0.5%時(shí)，漿料的粘度不但沒有降低反而增加，分析原因可能是過多的分散劑的高分子被膠粒吸附，從而導(dǎo)致膠粒間距超過了它的最佳范圍，故過多的分散劑會(huì)使?jié){料粘度不增加反而降低。
3.1.2 固相含量對(duì)漿料粘度的影響
圖3為氧化鋁漿料的粘度與固相含量的關(guān)系圖。由圖可得，隨固相含量體積分?jǐn)?shù)從45%增加到60%時(shí)漿料粘度是逐漸增大的，尤其是當(dāng)固相含量體積分?jǐn)?shù)超過55%時(shí)，粘度快速上升。因此本實(shí)驗(yàn)中漿料的最佳固相含量控制在55%較適宜。具體分析產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因可能是體系中的分散相隨著固相含量體積分?jǐn)?shù)的增加而減少，使得顆粒間距因顆粒之間的靠攏而變小，從而顆粒間的作用力增大；導(dǎo)致顆粒的運(yùn)動(dòng)變得較困難，直觀表現(xiàn)出來就是使得漿料的粘度快速增大。
3.2引發(fā)劑對(duì)聚合反應(yīng)時(shí)間的影響
從單體聚合反應(yīng)機(jī)理分析可得，引發(fā)劑的用量對(duì)聚合反應(yīng)有著重要影響。因?yàn)榫酆戏磻?yīng)的發(fā)生依賴于引發(fā)劑促進(jìn)單體分子形成的單體自由基，當(dāng)引發(fā)劑的用量較大時(shí)，漿料中的自由基濃度較大，引發(fā)速率也會(huì)較大，從而使得引發(fā)速率υo與鏈增長(zhǎng)速率υp的比值即υo/υp值較大，得到的坯體強(qiáng)度較低[4]。但當(dāng)引發(fā)劑用量較少時(shí)，引發(fā)速率較小，引發(fā)聚合反應(yīng)所需的時(shí)間較長(zhǎng)，從而會(huì)降低成型效率；此外攪拌、澆注等步驟操作的時(shí)間也會(huì)影響聚合速率，所以操作時(shí)間不宜太短，否則在澆注之前漿料已開始凝固，但操作時(shí)間也不宜太長(zhǎng)，否則達(dá)不到快速成型的目的。圖4為引發(fā)劑用量對(duì)聚合反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系圖。從圖中可以看出，隨著引發(fā)劑用量的增加，聚合反應(yīng)的時(shí)間越來越短。
3.3 影響多孔氧化鋁陶瓷性能的因素分析
3.3.1 發(fā)泡劑對(duì)多孔陶瓷氣孔率及強(qiáng)度的影響
圖5為發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉對(duì)多孔陶瓷氣孔率及強(qiáng)度的影響曲線圖。當(dāng)氧化鋁漿料的固相含量一定時(shí)，發(fā)泡劑的加入量顯著影響了最終獲得的氣孔率，隨著發(fā)泡劑增多，氣孔率呈線性增加；同時(shí)發(fā)現(xiàn)材料的強(qiáng)度隨著發(fā)泡劑的增加而逐漸降低。
3.3.2 固相含量對(duì)多孔陶瓷氣孔率和強(qiáng)度的影響
圖6為四種不同固相含量的坯體與氣孔率的關(guān)系圖。從圖可以看出，固相含量較少時(shí)，氣孔率較低，隨著固相含量的增加，氣孔率會(huì)逐漸增大。但是，高固相含量又會(huì)使粘度增加，導(dǎo)致成型缺陷增加，再加上氣孔率的增大必然促使抗彎強(qiáng)度的下降。所以控制一定的固相含量對(duì)得到高氣孔率，高抗彎強(qiáng)度的多孔陶瓷材料來說是非常重要的。
3.3.3 引發(fā)劑對(duì)多孔陶瓷氣孔率的影響
圖7為引發(fā)劑與氣孔率的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出，引發(fā)劑用量較少時(shí)氣孔率隨著引發(fā)劑用量的增加略有增加，但當(dāng)引發(fā)劑的用量達(dá)到一定量時(shí)，氣孔率的增加非?？?，而坯體強(qiáng)度卻隨著引發(fā)劑用量的增加而略微降低。分析其原因：可能是引發(fā)劑加入量過少時(shí)，漿料會(huì)難于固化或固化時(shí)間延長(zhǎng)，這樣不但降低了成型效率，而且會(huì)影響生坯結(jié)構(gòu)的均勻性；而當(dāng)引發(fā)劑的加入量過大時(shí)，漿料固化的時(shí)間越短，聚合反應(yīng)速度過快，也會(huì)影響到生坯的均勻性，從而顯著降低坯體的強(qiáng)度，影響材料的性能，所以必須嚴(yán)格控制引發(fā)劑的用量。
4 結(jié)論
（1）分散劑PMAANa的加入，對(duì)調(diào)節(jié)漿料性能有顯著作用，獲得了100 mPa?S左右的低粘度氧化鋁濃懸浮液。
（2）隨著固相含量體積分?jǐn)?shù)的增加，漿料粘度會(huì)逐漸增大；當(dāng)固相含量體積分?jǐn)?shù)超過55%時(shí)，粘度劇烈上升。所以認(rèn)為漿料組成中固相體積分?jǐn)?shù)為55%較為適宜。
（3）引發(fā)劑的用量對(duì)聚合反應(yīng)也有重要影響，引發(fā)劑加入量在0.3 ～ 0.4%時(shí)較適宜。
（4）固相含量一定時(shí)，隨發(fā)泡劑十二烷基硫酸鈉加入量的增加，氣孔率呈線性增加。
（5）發(fā)泡劑、固相含量、引發(fā)劑的加入量都會(huì)影響多孔氧化鋁陶瓷的性能。其中，固相含量和發(fā)泡劑的加入量是影響多孔氧化鋁陶瓷性能的主要因素。
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泡沫陶瓷范文第4篇
關(guān)鍵詞：多孔陶瓷；無機(jī)非金屬過濾材料；發(fā)泡法；有機(jī)泡沫浸漬法
1 引言
當(dāng)今社會(huì)，工業(yè)發(fā)展迅速，水污染越來越嚴(yán)重，多孔陶瓷在廢水凈化方面，有很好的效果。多孔陶瓷是一種含有較多孔洞的無機(jī)非金屬材料，具有化學(xué)穩(wěn)定性好、耐熱性好的優(yōu)點(diǎn)，在廢水過濾方面得到廣泛的應(yīng)用[1]。
有機(jī)泡沫浸漬法是制備多孔陶瓷的有效工藝[2]，其工藝簡(jiǎn)單、操作方便、制造成本低，具有良好的發(fā)展前景[3]。有資料顯示，以長(zhǎng)石作為陶瓷結(jié)合劑，可以降低陶瓷的燒結(jié)溫度[4]。因此，本文以粘土為基體，長(zhǎng)石為主要添加劑，探討不同發(fā)泡劑對(duì)陶瓷玻璃化制備的影響。
2 實(shí)驗(yàn)材料及方法
實(shí)驗(yàn)采用粘土、氟化鈣、碳酸鈉、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氫氧化鈉水溶液以及長(zhǎng)石粉、PVC、聚苯乙烯、碳粉、淀粉、硼砂等為材料。其中，長(zhǎng)石粉、氟化鈣作為陶瓷結(jié)合劑，可以降低陶瓷燒制溫度。碳酸鈉作為陶瓷添加劑，可以促進(jìn)陶瓷玻璃化結(jié)構(gòu)形成。有資料顯示PVC、聚苯乙烯、淀粉、碳粉具有很好的發(fā)泡效果[5]，受熱揮發(fā)而形成多孔結(jié)構(gòu)，因此，將其為發(fā)泡劑，并對(duì)發(fā)泡效果進(jìn)行比較。硼砂用于降低熔點(diǎn)，并提高多孔材料的強(qiáng)度[6]。實(shí)驗(yàn)材料按照一定比例配置：長(zhǎng)石3～10%，PVC（聚苯乙烯）4～20%，碳粉2～6%，碳酸鈉2～6%，硼砂3%，其余為粘土。
將原材料按照以上配方稱量，混合均勻，再加入20滴蒸餾水，配置成泥漿，將使用2%氫氧化鈉洗凈的模板浸入泥漿中，反復(fù)擠壓，待泥漿充滿模板后取出。同樣的方法，每組做三個(gè)試樣，分別加熱到1100℃、999℃和750℃燒結(jié)。
實(shí)驗(yàn)流程為：按配方配料――將配料混合均勻――將粉料成型――燒結(jié)完成。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論
3.1 玻璃化的產(chǎn)生
圖1為使用聚苯乙烯作為發(fā)泡劑的多孔陶瓷圖片，其主要原料是粘土、長(zhǎng)石、聚苯乙烯和PVC。圖2為使用碳酸鈉作為發(fā)泡劑的多孔陶瓷圖片，其主要原料為粘土、長(zhǎng)石、碳酸鈉、硼砂和PVC。由圖片可知，圖1孔洞較小，沒有玻璃化產(chǎn)生；圖2孔洞較大。有玻璃化產(chǎn)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，圖1陶瓷的熔點(diǎn)在950～1050℃之間，圖2陶瓷的熔點(diǎn)在750～800℃之間。經(jīng)比較得知，硼砂可以降低陶瓷熔點(diǎn)。
得到玻璃化結(jié)構(gòu)的原因是：（1）碳酸鈉本身是制備玻璃的原材料。當(dāng)燒結(jié)溫度超過碳酸鈉的熔點(diǎn)，碳酸鈉分解產(chǎn)生二氧化碳，而粘土本身含有二氧化硅，多種雜質(zhì)混合形成低共融物，當(dāng)溫度升高，共融物融化，出現(xiàn)液相，形成硅酸鹽和游離二氧化硅等透明燒結(jié)物。溫度繼續(xù)升高，則形成玻璃態(tài)的多孔陶瓷；（2）從熱力學(xué)角度分析，玻璃態(tài)具有較高的內(nèi)能，屬于亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，且玻璃和晶體的內(nèi)能相差不大，析出動(dòng)力小，能夠在常溫下保存。另外，碳酸根離子體積較大，不易調(diào)整結(jié)構(gòu)，因此不易形成空間排布統(tǒng)一的晶體，而是形成亞穩(wěn)態(tài)的玻璃體；（3）從微觀角度分析，陶瓷內(nèi)部含有離子鍵和共價(jià)鍵，可以形成sp電子雜化軌道，構(gòu)成σ鍵和π鍵。它既有離子鍵的特點(diǎn)，又有共價(jià)鍵的特點(diǎn)，易于形成玻璃態(tài)。有資料顯示，玻璃化結(jié)構(gòu)之所以強(qiáng)度較高，是因?yàn)椴ＡЩY(jié)構(gòu)中Si4+和O2-離子構(gòu)成的四面體無序排列，形成了無周期反復(fù)的結(jié)構(gòu)單元[7]。
圖3是陶瓷熔點(diǎn)隨長(zhǎng)石粉百分含量變化曲線，由圖可知，隨著長(zhǎng)石的百分含量增加，陶瓷的熔點(diǎn)下降。
圖4是陶瓷相對(duì)強(qiáng)度隨硼砂含量變化曲線，陶瓷的相對(duì)強(qiáng)度是指陶瓷實(shí)際強(qiáng)度相對(duì)于理論的強(qiáng)度。由圖4可知，隨著硼砂含量增加，陶瓷的強(qiáng)度也增大。
3.2 發(fā)泡劑效果的比較
由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，聚苯乙烯的發(fā)泡效果優(yōu)于聚氯乙烯，這是因?yàn)樵谑軣徇^程中，聚苯乙烯熱膨脹體積高于聚氯乙烯。聚苯乙烯的發(fā)泡效果也優(yōu)于碳粉，使用Materials Studio 7.0對(duì)碳粉進(jìn)行布局?jǐn)?shù)分析。結(jié)果見圖5、圖6。圖5是使用聚氯乙烯作為發(fā)泡劑的多孔陶瓷微觀形貌圖，圖6是使用聚苯乙烯作為發(fā)泡劑的多孔陶瓷微觀形貌圖。比較兩圖可知，聚苯乙烯發(fā)泡效果更好。圖7是使用碳粉作為發(fā)泡劑的實(shí)驗(yàn)樣品微觀形貌圖。碳粉中含有少量離子鍵，這是阻礙碳原子受熱膨脹的原因。
圖8是在999℃燒結(jié)的樣品微觀形貌圖，圖9是在750℃燒結(jié)的樣品微觀形貌圖。由實(shí)驗(yàn)可知，實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)試樣，在999℃燒結(jié)的試樣孔隙明顯少于在750℃燒結(jié)的試樣孔隙。這是由于溫度過高，導(dǎo)致陶瓷融化，粘土溶液覆蓋住孔隙，降低其孔隙率。
4 結(jié)論
（1）聚苯乙烯的發(fā)泡效果優(yōu)于聚氯乙烯和碳粉，因?yàn)槠涫軣崤蛎涹w積大。
（2）碳酸鈉不僅能夠作為發(fā)泡劑，還能促進(jìn)多孔陶瓷玻璃化的生成，提高強(qiáng)度。
（3）多孔陶瓷氣孔率上升，陶瓷強(qiáng)度下降。
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泡沫陶瓷范文第5篇
有機(jī)絕熱材料：聚苯乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、氨酯泡沫塑料、軟木；
多孔狀絕熱材料：泡沫塑料、泡沫玻璃、泡沫橡膠、硅酸鈣；
無機(jī)纖維：石棉、巖棉、玻璃棉、硅酸鋁陶瓷纖維、晶質(zhì)氧化鋁纖維；
