多孔陶瓷課件

多孔陶瓷

1簡介

2多孔陶瓷的特性以及孔隙形成

3多孔陶瓷材料的制備方法和工藝

4多孔陶瓷的應(yīng)用

多孔陶瓷1簡介

多孔陶瓷是一種經(jīng)高溫?zé)?、體內(nèi)具有大量彼此相通并與材料表面也相貫通的孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

1簡介

根據(jù)成孔方法和孔隙結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷可分為三類：①粒狀陶瓷；②泡沫陶瓷；③蜂窩陶瓷。陶瓷的氣孔率列于下表。多孔陶瓷泡沫陶瓷蜂窩陶瓷粒狀陶瓷結(jié)體氣孔率/%80~907030~50根據(jù)成孔方法和孔隙結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷可分為三類：多孔陶瓷泡沫多孔陶瓷2.1結(jié)構(gòu)特征與性能2.2多孔陶瓷的孔隙形成機(jī)理2.3陶瓷的成孔方法。多孔陶瓷2.1結(jié)構(gòu)特征與性能多孔陶瓷2.1.1孔結(jié)構(gòu)特征多孔陶瓷最大的結(jié)構(gòu)特征就是多孔性。因制造工藝不同多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)主要有三種類型。(1)直通氣孔,這類氣孔直線貫通,相互之間沒有連通或連通較少,如蜂窩陶瓷等用模具擠制形成的氣孔;(2)閉氣孔,這類氣孔互不相通,相互孤立,如發(fā)泡法形成而沒有破裂貫通的氣孔;(3)開氣孔,顆粒燒結(jié)法、添加造孔劑法,這類氣孔相互貫通,且與外界連通,極大多數(shù)的開氣孔都是彎彎曲曲的。多孔陶瓷2.1.1孔結(jié)構(gòu)特征多孔陶瓷多孔陶瓷2.2多孔陶瓷的孔隙形成機(jī)理多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)通常是由顆粒堆積形成的空腔,坯體中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯體形成過程中機(jī)械發(fā)泡形成的空隙以及由于坯體成形過程中引入的有機(jī)前驅(qū)體燃燒形成的孔隙。一般采用骨料顆粒堆積法和前驅(qū)體燃盡法均可以制得較高的開口氣孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解物在坯體內(nèi)部形成的氣孔大部分為閉口氣孔或半開口氣孔。多孔陶瓷課件多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷3.1多孔陶瓷材料的工藝3.2多孔陶瓷材料的制備方法多孔陶瓷多孔陶瓷3.1.1

擠壓成形工藝3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝3.1.3

發(fā)泡工藝3.1.4

添加造孔劑工藝3.1.5

固態(tài)燒結(jié)工藝3.1.6溶膠-凝膠工藝3.1.7冷凍干燥工藝3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝3.1.9快速自動成形工藝多孔陶瓷3.1.1擠壓成形工藝多孔陶瓷材料工藝3.1.1

擠壓成形工藝工藝流程為:原料合成→混合練混→擠出成形→干燥→燒成→制品。在生產(chǎn)過程中,核心工序是擠出成形,同時擠出成形模具又是擠出成形的核心技術(shù)多孔陶瓷課件3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝有機(jī)泡沫(聚合物)浸漬工藝是Schwartzwalder等于1963年發(fā)明的。該法是用有機(jī)泡沫浸漬陶瓷料漿,干燥后在高溫下燒掉有機(jī)泡沫載體而形成孔隙結(jié)構(gòu),獲得多孔陶瓷的一種方法。3.1.3

發(fā)泡工藝發(fā)泡工藝是向陶瓷組分中添加有機(jī)或無機(jī)化學(xué)物質(zhì),通過化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生揮發(fā)性氣體,產(chǎn)生泡沫。3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝3.1.4添加造孔劑工藝該工藝通過在陶瓷配料中添加造孔劑,利用這些造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間,高溫下燃盡或揮發(fā)后在陶瓷體中留下孔隙。3.1.5固態(tài)燒結(jié)工藝固態(tài)燒結(jié)法又稱骨料堆積法。該工藝是在骨料中加入相同組分的微細(xì)顆粒,利用微細(xì)顆粒易于燒結(jié)的特點,在一定溫度下將骨料(大顆粒)連接起來。3.1.4添加造孔劑工藝3.1.6溶膠-凝膠工藝溶膠-凝膠工藝主要利用凝膠化過程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理、熱處理等過程中留下小氣孔,形成可控多孔結(jié)構(gòu)。3.1.7冷凍干燥工藝?yán)鋬龈稍锓ㄈ麨檎婵绽鋬龈稍锓?該技術(shù)由英國人Wollaston于1813年發(fā)明。冷凍干燥的機(jī)理就是將需干燥的物料在低溫下先行凍結(jié)至其共晶點以下,使物料中的水分變成固態(tài)的冰,然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下,通過加熱使冰直接升華為水蒸汽而除去,從而獲得干燥的制品。3.1.6溶膠-凝膠工藝3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝該工藝通過水作為壓力傳遞介質(zhì)制備各種孔徑多孔陶瓷。其簡單制備步驟為:硅凝膠和10%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的水混合,置于高壓釜中(壓力10~15MPa,溫度300℃),通過水蒸汽的揮發(fā)而制成多孔陶瓷。水熱-熱靜壓工藝中,反應(yīng)時間一般為10~180min。在25MPa下處理60min,制得的多孔陶瓷材料體積密度為0.88g/c,孔體積為0.59c/g,孔尺寸分布范圍為30~50nm,抗壓強(qiáng)度高達(dá)80MPa。多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝具有以下優(yōu)點:制得的多孔陶瓷材料抗壓強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、孔徑分布范圍廣。3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝3.1.9快速自動成形工藝

RP技術(shù)是1987年出現(xiàn)的,應(yīng)用于制造業(yè)的高新技術(shù)。RP技術(shù)的本質(zhì)是用積分法制造三維實體。在成形過程中,先由三維造型軟件在計算機(jī)中生成部件的三維實體模型,然后將其用軟件“切”出設(shè)定厚度的一系列片層,再將這些片層的數(shù)據(jù)信息傳遞給成形機(jī),通過材料逐層添加法制造出來,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美國此項技術(shù)發(fā)展較為成熟,我國云南大學(xué)研究得比較深入。3.1.9快速自動成形工藝3.2多孔陶瓷的制備3.2.1粒狀陶瓷的制備3.2.2蜂窩陶瓷的制備3.2.3泡沫陶瓷的制備3.2多孔陶瓷的制備

3.2.1粒狀陶瓷一般是將粒狀陶瓷骨料和玻璃質(zhì)、粘土質(zhì)粘結(jié)劑與成孔劑混合、成型、干燥、燒成。其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。3.2.1粒狀陶瓷

成孔劑分為可燃性物質(zhì)(如碳粒)和高溫時分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)(如碳酸鈣)。在燒結(jié)時成孔劑分解，逸出氣體起發(fā)泡作用，形成連通開孔。成孔劑分為可燃性物質(zhì)(如碳粒)和高溫時分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)

粘結(jié)劑在燒結(jié)時熔融，形成液相燒結(jié)，將骨料顆粒結(jié)合起來；同時，在骨料之間形成孔隙。

粒狀多孔陶瓷除氣孔率較大外，同一般陶瓷燒結(jié)體無大差別。粘結(jié)劑在燒結(jié)時熔融，形成液相燒結(jié)，將骨料顆粒結(jié)合起來；同3.2.2蜂窩陶瓷

蜂窩陶瓷是采用機(jī)械加工方法制成許多平行直線開孔，孔徑1~10mm的薄壁多孔結(jié)構(gòu)。3.2.2蜂窩陶瓷3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)是在三維空間重復(fù)的十二面體復(fù)雜圖形。泡沫陶瓷氣孔尺寸范圍可從1.2孔/cm的最大孔到39.37孔/cm的極細(xì)孔。3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的制造方法略有別于一般陶瓷工藝，它采用特別嚴(yán)密的軟質(zhì)泡沫塑料(如聚氨酯)為載體，進(jìn)而加工成所需形狀、尺寸等。泡沫陶瓷的制造方法略有別于一般陶瓷工藝，它采用特別嚴(yán)密的在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用精過濾技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用作催化劑載體作敏感元件作為隔膜材料降低噪聲用于布?xì)舛嗫滋沾稍诮饘偃垠w過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用多孔陶瓷

因為泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷等多孔陶瓷材料具有過濾面積大、過濾效率高的特點，因此，在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中，泡沫陶瓷作為一種新型高效過濾器，得到人們的重視。在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用因為泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷等多孔陶瓷材料具有過濾面積大、過濾

采用泡沫陶瓷進(jìn)行過濾凈化，不僅能有效去除合金中的夾雜物和雜質(zhì)，消除鑄造缺陷，而且可大幅度提高合金的力學(xué)性能。泡沫陶瓷過濾凈化技術(shù)對鋁鋅合金(ZA-27)組織和性能的影響如下：采用泡沫陶瓷進(jìn)行過濾凈化，不僅能有效去除合金中的夾雜物和

①泡沫陶瓷過濾凈化對合金化學(xué)成分的影響下表列出了過濾前后ZA一27合金的化學(xué)成分變化情況。過濾前后ZA一27合金的化學(xué)成分(％)工藝措施過濾未過濾過濾未過濾AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09①泡沫陶瓷過濾凈化對合金化學(xué)成分的影響過濾前后ZA一27

由表中數(shù)據(jù)可見，泡沫陶瓷過濾凈化工藝對合金材料的化學(xué)成分沒有污染作用。工藝措施過濾未過濾過濾未過濾AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09由表中數(shù)據(jù)可見，泡沫陶瓷過濾凈化工藝對合金材料的化學(xué)成分

用陶瓷多孔管作塵埃阻濾元件,可測定1000℃高溫?zé)煔庵?.5um以上的塵埃；

利用碳化硅制成的孔徑約40um的多孔陶瓷可用于核電站中低放射性廢棄物燃燒處理時的過濾；

以最大孔徑為0.9um的多孔陶瓷過濾管可除去飲料及藥液中所含的大腸桿菌。用陶瓷多孔管作塵埃阻濾元件,可測定1000℃高溫?zé)煔庵?作催化劑載體

由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和活性，被覆催化劑后，反應(yīng)流體通過多孔陶瓷孔道后，將大大提高轉(zhuǎn)換效率和反應(yīng)速度。作催化劑載體

例如用泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷被覆貴金屬或稀土金屬催化劑后，可用于汽車的尾氣處理，使層氣中的CO、CmHn化合物轉(zhuǎn)化為CO2，并能使捕獲的炭粒在較低的溫度下起燃，使凈化過濾器催化再生。例如用泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷被覆貴金屬或稀土金屬催化劑后，可

當(dāng)多孔陶瓷的孔徑小于氣體分子平均自由程時，不同氣體具有不同的滲透能力，利用多孔陶瓷的這一特點，可選擇性地分離某一反應(yīng)生成的氣體產(chǎn)物，而使反應(yīng)速度加快。當(dāng)多孔陶瓷的孔徑小于氣體分子平均自由程時，不同氣體具有不作敏感元件

利用多孔陶瓷探頭制成的土壤水分測定裝置，可快速測出土壤中的水分變化，其探頭的靈敏度取決于材料的氣孔率及孔徑。多孔陶瓷片兩側(cè)鍍覆電極后，插入土壤中，土壤含鹽率的高低將由陶瓷片的電阻值變化而反映出來。作敏感元件作為隔膜材料

在電解法生產(chǎn)雙氧水工藝中，用多孔陶瓷作為陽極隔膜，控制其孔徑小于0.5um及滲透性指標(biāo)，可大大降低電解槽電壓，提高電解效率，節(jié)約電能和貴金屬電極材料銠的消耗，效率可提高50％以上。作為隔膜材料多孔陶瓷

1簡介

2多孔陶瓷的特性以及孔隙形成

3多孔陶瓷材料的制備方法和工藝

4多孔陶瓷的應(yīng)用

多孔陶瓷1簡介

多孔陶瓷是一種經(jīng)高溫?zé)伞Ⅲw內(nèi)具有大量彼此相通并與材料表面也相貫通的孔道結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。

1簡介

根據(jù)成孔方法和孔隙結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷可分為三類：①粒狀陶瓷；②泡沫陶瓷；③蜂窩陶瓷。陶瓷的氣孔率列于下表。多孔陶瓷泡沫陶瓷蜂窩陶瓷粒狀陶瓷結(jié)體氣孔率/%80~907030~50根據(jù)成孔方法和孔隙結(jié)構(gòu)，多孔陶瓷可分為三類：多孔陶瓷泡沫多孔陶瓷2.1結(jié)構(gòu)特征與性能2.2多孔陶瓷的孔隙形成機(jī)理2.3陶瓷的成孔方法。多孔陶瓷2.1結(jié)構(gòu)特征與性能多孔陶瓷2.1.1孔結(jié)構(gòu)特征多孔陶瓷最大的結(jié)構(gòu)特征就是多孔性。因制造工藝不同多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)主要有三種類型。(1)直通氣孔,這類氣孔直線貫通,相互之間沒有連通或連通較少,如蜂窩陶瓷等用模具擠制形成的氣孔;(2)閉氣孔,這類氣孔互不相通,相互孤立,如發(fā)泡法形成而沒有破裂貫通的氣孔;(3)開氣孔,顆粒燒結(jié)法、添加造孔劑法,這類氣孔相互貫通,且與外界連通,極大多數(shù)的開氣孔都是彎彎曲曲的。多孔陶瓷2.1.1孔結(jié)構(gòu)特征多孔陶瓷多孔陶瓷2.2多孔陶瓷的孔隙形成機(jī)理多孔陶瓷的孔隙結(jié)構(gòu)通常是由顆粒堆積形成的空腔,坯體中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯體形成過程中機(jī)械發(fā)泡形成的空隙以及由于坯體成形過程中引入的有機(jī)前驅(qū)體燃燒形成的孔隙。一般采用骨料顆粒堆積法和前驅(qū)體燃盡法均可以制得較高的開口氣孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解物在坯體內(nèi)部形成的氣孔大部分為閉口氣孔或半開口氣孔。多孔陶瓷課件多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷3.1多孔陶瓷材料的工藝3.2多孔陶瓷材料的制備方法多孔陶瓷多孔陶瓷3.1.1

擠壓成形工藝3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝3.1.3

發(fā)泡工藝3.1.4

添加造孔劑工藝3.1.5

固態(tài)燒結(jié)工藝3.1.6溶膠-凝膠工藝3.1.7冷凍干燥工藝3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝3.1.9快速自動成形工藝多孔陶瓷3.1.1擠壓成形工藝多孔陶瓷材料工藝3.1.1

擠壓成形工藝工藝流程為:原料合成→混合練混→擠出成形→干燥→燒成→制品。在生產(chǎn)過程中,核心工序是擠出成形,同時擠出成形模具又是擠出成形的核心技術(shù)多孔陶瓷課件3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝有機(jī)泡沫(聚合物)浸漬工藝是Schwartzwalder等于1963年發(fā)明的。該法是用有機(jī)泡沫浸漬陶瓷料漿,干燥后在高溫下燒掉有機(jī)泡沫載體而形成孔隙結(jié)構(gòu),獲得多孔陶瓷的一種方法。3.1.3

發(fā)泡工藝發(fā)泡工藝是向陶瓷組分中添加有機(jī)或無機(jī)化學(xué)物質(zhì),通過化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生揮發(fā)性氣體,產(chǎn)生泡沫。3.1.2有機(jī)(聚合物)泡沫浸漬工藝3.1.4添加造孔劑工藝該工藝通過在陶瓷配料中添加造孔劑,利用這些造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間,高溫下燃盡或揮發(fā)后在陶瓷體中留下孔隙。3.1.5固態(tài)燒結(jié)工藝固態(tài)燒結(jié)法又稱骨料堆積法。該工藝是在骨料中加入相同組分的微細(xì)顆粒,利用微細(xì)顆粒易于燒結(jié)的特點,在一定溫度下將骨料(大顆粒)連接起來。3.1.4添加造孔劑工藝3.1.6溶膠-凝膠工藝溶膠-凝膠工藝主要利用凝膠化過程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理、熱處理等過程中留下小氣孔,形成可控多孔結(jié)構(gòu)。3.1.7冷凍干燥工藝?yán)鋬龈稍锓ㄈ麨檎婵绽鋬龈稍锓?該技術(shù)由英國人Wollaston于1813年發(fā)明。冷凍干燥的機(jī)理就是將需干燥的物料在低溫下先行凍結(jié)至其共晶點以下,使物料中的水分變成固態(tài)的冰,然后在適當(dāng)?shù)恼婵窄h(huán)境下,通過加熱使冰直接升華為水蒸汽而除去,從而獲得干燥的制品。3.1.6溶膠-凝膠工藝3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝該工藝通過水作為壓力傳遞介質(zhì)制備各種孔徑多孔陶瓷。其簡單制備步驟為:硅凝膠和10%(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))的水混合,置于高壓釜中(壓力10~15MPa,溫度300℃),通過水蒸汽的揮發(fā)而制成多孔陶瓷。水熱-熱靜壓工藝中,反應(yīng)時間一般為10~180min。在25MPa下處理60min,制得的多孔陶瓷材料體積密度為0.88g/c,孔體積為0.59c/g,孔尺寸分布范圍為30~50nm,抗壓強(qiáng)度高達(dá)80MPa。多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝具有以下優(yōu)點:制得的多孔陶瓷材料抗壓強(qiáng)度高、性能穩(wěn)定、孔徑分布范圍廣。3.1.8多孔陶瓷水熱-熱靜壓工藝3.1.9快速自動成形工藝

RP技術(shù)是1987年出現(xiàn)的,應(yīng)用于制造業(yè)的高新技術(shù)。RP技術(shù)的本質(zhì)是用積分法制造三維實體。在成形過程中,先由三維造型軟件在計算機(jī)中生成部件的三維實體模型,然后將其用軟件“切”出設(shè)定厚度的一系列片層,再將這些片層的數(shù)據(jù)信息傳遞給成形機(jī),通過材料逐層添加法制造出來,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美國此項技術(shù)發(fā)展較為成熟,我國云南大學(xué)研究得比較深入。3.1.9快速自動成形工藝3.2多孔陶瓷的制備3.2.1粒狀陶瓷的制備3.2.2蜂窩陶瓷的制備3.2.3泡沫陶瓷的制備3.2多孔陶瓷的制備

3.2.1粒狀陶瓷一般是將粒狀陶瓷骨料和玻璃質(zhì)、粘土質(zhì)粘結(jié)劑與成孔劑混合、成型、干燥、燒成。其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。3.2.1粒狀陶瓷

成孔劑分為可燃性物質(zhì)(如碳粒)和高溫時分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)(如碳酸鈣)。在燒結(jié)時成孔劑分解，逸出氣體起發(fā)泡作用，形成連通開孔。成孔劑分為可燃性物質(zhì)(如碳粒)和高溫時分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)

粘結(jié)劑在燒結(jié)時熔融，形成液相燒結(jié)，將骨料顆粒結(jié)合起來；同時，在骨料之間形成孔隙。

粒狀多孔陶瓷除氣孔率較大外，同一般陶瓷燒結(jié)體無大差別。粘結(jié)劑在燒結(jié)時熔融，形成液相燒結(jié)，將骨料顆粒結(jié)合起來；同3.2.2蜂窩陶瓷

蜂窩陶瓷是采用機(jī)械加工方法制成許多平行直線開孔，孔徑1~10mm的薄壁多孔結(jié)構(gòu)。3.2.2蜂窩陶瓷3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的結(jié)構(gòu)是在三維空間重復(fù)的十二面體復(fù)雜圖形。泡沫陶瓷氣孔尺寸范圍可從1.2孔/cm的最大孔到39.37孔/cm的極細(xì)孔。3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的制造方法略有別于一般陶瓷工藝，它采用特別嚴(yán)密的軟質(zhì)泡沫塑料(如聚氨酯)為載體，進(jìn)而加工成所需形狀、尺寸等。泡沫陶瓷的制造方法略有別于一般陶瓷工藝，它采用特別嚴(yán)密的在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用精過濾技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用作催化劑載體作敏感元件作為隔膜材料降低噪聲用于布?xì)舛嗫滋沾稍诮饘偃垠w過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用多孔陶瓷

因為泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷等多孔陶瓷材料具有過濾面積大、過濾效率高的特點，因此，在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中，泡沫陶瓷作為一種新型高效過濾器，得到人們的重視。在金屬熔體過濾凈化技術(shù)中的應(yīng)用因為泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷等多孔陶瓷材料具有過濾面積大、過濾

采用泡沫陶瓷進(jìn)行過濾凈化，不僅能有效去除合金中的夾雜物和雜質(zhì)，消除鑄造缺陷，而且可大幅度提高合金的力學(xué)性能。泡沫陶瓷過濾凈化技術(shù)對鋁鋅合金(ZA-27)組織和性能的影響如下：采用泡沫陶瓷進(jìn)行過濾凈化，不僅能有效去除合金中的夾雜物和

①泡沫陶瓷過濾凈化對合金化學(xué)成分的影響下表列出了過濾前后ZA一27合金的化學(xué)成分變化情況。過濾前后ZA一27合金的化學(xué)成分(％)工藝措施過濾未過濾過濾未過濾AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09①泡沫陶瓷過濾凈化對合金化學(xué)成分的影響過濾前后ZA一27

由表中數(shù)據(jù)可見，泡沫陶瓷過濾凈化工藝對合金