开孔多孔陶瓷的制备技术

开孔多孔陶瓷的制备技术

Fabrication Technology of Open2pore Porous Ceramics

时利民,赵宏生,闫迎辉,唐春和

(清华大学核能与新能源技术研究院,北京102201)

SH I Li2min,ZH AO H ong2sheng,YA N Ying2hui,T ANG Chun2he

(Institute of Nuclear and N ew Energy T echnology,

Tsinghua U niversity,Beijing102201,China)

摘要:介绍了开孔多孔陶瓷的制备方法及其研究进展,着重描述了有机泡沫浸渍工艺、添加造孔剂工艺、溶胶2凝胶工艺、挤出成型工艺、木质陶瓷和包混工艺,并总结了各工艺制备多孔陶瓷的优、缺点。

关键词:开孔;多孔陶瓷;制备技术;应用

中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100124381(2005)1220057205

Abstr act:The development of open2pore porous ceramics using differ ent fabrication methods was re2 viewed1A number of prepar ation procedures,including polymer ic sponge impregnation process,ad2 dition pore2for ming material process,sol2gel pr ocess,extrusion process,wood2ceramic process and coat mix process were described in detail1T he advantages and disadvantages of the fabrication tech2 nologies of open pore porous ceramics were also summarized1

Key words:open2pore;porosity ceramics;fabr ication technology;application

开孔多孔陶瓷作为一种新型的陶瓷材料,因其具有透过性好、比表面积大、密度低、强度高、热导率小、耐高温、耐磨损、化学稳定性好等诸多优良性能,已经被广泛应用于航空航天、能源、机械、冶金、化工、环保、军工、电子、生物和医学等多个科学领域,涉及流体分离过滤、扩散、隔热、吸音、传感、电化学过程、催化反应工程、医学移植和修复等诸多方面的用途。它可用于制作过滤器、分离膜、换热器、隔热层、吸音材料、减震缓冲器、各种传感器、燃料电池的电极及隔膜、催化剂及催化剂载体和人造骨骼等[1-3]。因此开孔多孔陶瓷引起了全球材料学界的高度重视。

除了使用传统的制备方法外,新的制备方法也应运而生,制备体系也不断得到完善。制备开孔多孔陶瓷的方法有很多种,本工作回顾了开孔多孔陶瓷的制备方法及其最近研究进展,着重对有机泡沫浸渍工艺、添加造孔剂工艺、溶胶2凝胶工艺、挤出成型工艺、木质陶瓷和包混工艺进行了具体介绍。

1有机泡沫浸渍工艺

有机泡沫浸渍工艺是Schwar tzwalder[4]于1963年发明出来的。该工艺是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料、溶胶2凝胶和胶体溶液,干燥后烧掉有机泡沫,获得孔径范围为50L m至1mm的开孔三维网状多孔陶瓷的一种方法。该方法是目前制备开孔多孔陶瓷应用最广泛的方法之一,其工艺流程见图1[5]。

由于有机泡沫材料的孔径大小和浆料在其上的涂覆厚度决定了最后制品的孔径尺寸,因此选择合适的有机泡沫材料是有机泡沫浸渍工艺中制备符合要求的开孔多孔陶瓷材料的一个重要因素。所选的泡沫必须具有一定的亲水性和足够回弹性的开孔网状材料,能够与陶瓷材料牢固的吸引,并保证挤出多余料浆后能迅速地恢复形状。

另外,泡沫的气化温度要低于陶瓷的烧成温度,且不污染陶瓷材料。适应这些要求的有机泡沫材料主要包括聚氨脂、纤维素、聚氯乙烯和聚苯乙烯等。

陶瓷浆料是决定采用有机泡沫浸渍工艺所得开孔多孔陶瓷体性能的另外一个重要因素。浆料的基本组成是陶瓷颗粒、水和添加剂。添加剂主要有粘结剂、硫变化剂、反泡沫剂、絮凝剂等。陶瓷制品的具体用途决定了陶瓷颗粒的成分。粘结剂有硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、胶化的Al(OH)3、SiO2胶体等以及有机粘结剂,用来提高干坯的强度,防止在有机泡沫气化过程中倒塌;硫变化剂主要是一些天然的粘土,用来提高浆料的触变性,以便浸渍时使浆料进入泡沫,并均匀地涂在泡沫网上有足够的粘度保持在泡沫中;低

分子量的醇和树脂常被用作反泡沫剂防止浆料起泡,而聚乙二胺等则作为絮凝剂来改善浆料与有机泡沫之间的粘结性。朱新文等[6]以碳化硅微粉为主要成分,A 2Al 2O 3、羧甲基纤维素、粘土和硅溶胶为添加剂,

成功研制出可以用来过滤熔融金属和处理高温烟气

的碳化硅网眼多孔陶瓷。

浸渍浆料的方法很多,但是无论采用哪一种方法,都要求浆料充分涂覆在有机泡沫上,为了最终达到所

图1 有机泡沫浸渍工艺流程图

Fig 11 Flowchart for th e polymeric sponge im pregnation p roces s

要求的密度,需要多次重复该过程。Zhu 等[7]在传统的有机泡沫浸渍工艺的基础上进行了改进,首先利用该工艺制备出高气孔率且几乎没有堵孔的网眼预制体,经过排塑、预烧处理获得具有一定强度的预制体,然后通过

对预制体的涂覆处理,得到了孔径大小、相对密度可控、结构非常均匀的网眼多孔陶瓷。这种改进了的方法为开孔多孔陶瓷的精确制备提供了一种新工艺。

要去掉多余的浆料,最简单的方法是用两块木板挤压浸渍了浆料的泡沫,大批量生产时则要借助离心机或滚轧机等设备来完成。多余浆料挤出后,坯体需进行干燥和烧结来获得最终的产品。为了缩短生产周期,一般需要制定合理的干燥和烧结制度。在烧结过程中,有低温和高温两个烧结阶段:为了防止坯体开裂和粉化,低温阶段应在氧化气氛中缓慢升温以保证有机泡沫缓慢而充分地挥发排除;在1000~1700e 的高温烧结阶段,通过延长保温时间来保证制品的性能。 有机泡沫浸渍工艺是一种能够制备高孔隙率开孔多孔陶瓷的有效手段,该方法还具有工艺简单、操作方便、对设备要求不高、成本低廉、适于产业化等优点,因此在开孔多孔陶瓷的制备中,该方法是一种经济实用且具有很大竞争力的工艺。但是该工艺不能制备形状复杂、成分密度可控的制品。另外,在制备过程中有机泡沫的排除还会引起环境污染的问题。

2 添加造孔剂工艺

添加造孔剂工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中占据一定的空间,然后经过烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备开孔多孔陶瓷的一种方法。其工艺流程见图2。

添加造孔剂工艺制备开孔多孔陶瓷的关键在于

图2 添加造孔剂工艺流程图

Fig 12 Flowchart for the addition pore 2forming

material process

造孔剂种类、用量和粒径大小的选择。造孔剂加入的

目的在于产生气孔并促使气孔率增加,造孔剂粒径的大小和形状决定了多孔陶瓷孔径的大小和形状,它必须满足易于排除、排除后没有有害残留物及不与基体反应等要求。

造孔剂可分为无机和有机两类:无机造孔剂主要包括高温可分解化合物和无机碳,如碳酸钙、碳酸铵、碳酸氢铵、氯化铵、氮化硅、煤粉、淀粉和碳粉等。Falamaki [8]等研究发现当造孔剂CaCO 3含量为5%(质量分数)并在1350e 高温下进行烧结,可以获得具有最大渗透性的氧化铝膜/催化剂载体。有机造孔剂主要是一些天然纤维、高分子聚合物和有机酸,如锯末、淀粉、聚乙烯醇、尿素、甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。迟伟光等[9]

采用了一种新型的造孔剂酵母粉制备了碳化硅多孔陶瓷。Diaz 等[10]以玉米淀粉为造孔剂,制备出孔隙率在25%以下的氮化硅多孔陶瓷,该制品孔隙率受淀粉含量控制,弹性模量与孔隙率的关系可由E =E 0(1-A P )n 表示。式中E 和E 0分别是孔隙率为P 和0的制品的弹性模量,A 和n 是与制品相关的常数,P 是制品的孔隙率。姚秀敏等[11]

采用聚甲基丙烯酸甲酯为造孔剂,研制出气孔率从20%到

50%变化、孔径可控的多孔羟基磷灰石陶瓷。

一般来说,在添加造孔剂工艺中,加入造孔剂可有效提高气孔率,随加入量的增加,气孔率呈线性增加,加入有机造孔剂后,气孔平均孔径变大,孔径分布变宽;气孔率随烧成温度的升高呈线性下降,气孔孔径变小;多孔陶瓷的平均孔径与粉料粒径成正比关系,通过控制粉料粒径可以有效控制气孔平均孔径。这种方法可以采用不同的成型方法制得形状复杂、孔径在10L m 至1mm 之间的各种气孔结构的高强度开孔多孔陶瓷。但是该方法所得开孔多孔陶瓷孔径分布不均匀,孔隙率较低(不大于50%),另外,造孔剂在除去过程中还会污染环境。

3 溶胶2凝胶工艺

溶胶2凝胶工艺是一种制备开孔多孔陶瓷,特别是微孔多孔陶瓷膜的通用方法,这种方法主要以无机盐或醇盐为先驱体,先驱体水解得到溶胶,再通过凝胶和热处理获得多孔陶瓷(一般为金属氧化物材料),其工艺流程见图3

。

图3 溶胶2凝胶工艺流程图Fig 13 Flowchart for the s ol 2gel process

加水量、催化剂、溶液的pH 值、化学添加剂、干

燥制度以及烧成温度[12]等都是影响溶胶2凝胶法所得开孔多孔陶瓷材料性能的主要因素。水在溶胶中主要发生水解反应,不同的用水量对凝胶时间影响很大;不同的催化剂,胶溶的机理也不同,因此在溶液中往往会产生不同结构和形态的水解产物;pH 值对溶胶的形成、凝胶时间、凝胶性质以及控制醇盐水解和缩聚反应都会产生很大的影响;化学添加剂主要分为成核剂、阻核剂和干燥剂,成核剂有利于提高骨架强度,阻核剂用来防止相转变以获得所需的稳定相,而干燥剂则通过减小干燥应力来改善制品的密度以及孔径分布情况;干燥制度对最终产品的影响也很大,由于凝胶内包裹着许多溶剂和水,干燥过程中制品会出现很大的体积收缩而导致制品开裂,并且干燥温度也影响着制品的气孔结构和大小;烧成温度影响着材料的气孔结构和性能,烧成的目的是消除凝胶中的气孔和有机体,使制品的各项性能指标满足实际需求。

由此可见,为了获得理想性能的开孔多孔陶瓷材料,就必须严格控制这些工艺参数。Verdenelli 等[13]采用溶胶2凝胶工艺在H i 2Nicalon 纤维上制备了Al 2O 32SiO 2开孔多孔陶瓷膜,并研究了退火温度与其比表面积的关系。

作为一种能够制备纳米级孔径、孔径分布均匀的开孔多孔陶瓷材料的有效方法,溶胶2凝胶工艺步骤简单、使用范围广、工艺较成熟,尤其适合制备微孔陶瓷膜,其正成为多孔陶瓷分离膜制备工艺研究中最为活跃的方向,并为开孔多孔陶瓷载体材料的制备提供了一种新的途径。但是该方法生产效率低、工艺条件不易控制,因此要实现溶胶2凝胶工艺的产业化,仍需要不断深入的研究和完善。

4 挤出成型工艺

挤出成型工艺[14,15]

是制备蜂窝陶瓷最普遍采用的方法之一,在生产过程中,核心工序之一是挤出成型,同时挤出成型模具又是挤出成型的核心技术,其工艺流程如图4

所示。

图4 挤出成型工艺流程图

Fig 14 Flowchart for the extru sion process

影响开孔多孔陶瓷材料挤出成型的工艺因素很多,制品孔径及孔隙率的控制、塑性泥料的制备及合理的干燥工艺制度是多孔陶瓷挤出成型工艺的技术关键,采用适当处理工艺来提高颗粒间的粘结强度有助于开孔多孔陶瓷坯体的保形性。

与其它工艺相比,挤出成型工艺在制备间壁厚、孔隙率均匀的蜂窝陶瓷方面具有适用范围广、效率高、易大量生产等优点。近年来在开孔多孔陶瓷制品的制备方面取得了较大的发展和应用,尤其是在蜂窝陶瓷、单通道及多通道陶瓷膜支撑体的制备方面已显示出极大的优越性。另外,该工艺在制备大孔径开孔多孔陶瓷方面也得到了一定发展。但是该工艺对设备要求较高,且很难制造小孔径制品。

5 木质陶瓷工艺

木质陶瓷工艺是近年开发出来的一种通过木材的

转化,以及陶瓷化处理工艺制备开孔多孔陶瓷的一种新技术。在该工艺中,首先需要将木材在保护性气氛下进行碳化处理,从而获得碳预成形体,然后再通过高温真空渗硅或其它工艺将所得碳预成形体进行陶瓷化处理,进而获得具有各向高度异性多孔形态的开孔多孔陶瓷,其工艺流程见图5

。

图5 木质陶瓷工艺流程图

Fig 15 Flowchart for th e wood 2ceramic proces s

目前木质陶瓷的研究尚处于起步阶段,近年来国

内外的许多专家学者在这方面进行了大量深入的研究。谢贤清等[16]以多孔碳预成形体为骨架,用真空压力浸渍工艺制备了组织均匀的木质陶瓷/金属网络互穿结构复合材料。由于组成相的互锁和韧性相的桥接作用而使这种复合材料的导热性能和力学性能都得到明显改善。Qiao 等[17]利用松树、白桦和竹子三种天然木材制成了预成形体,然后用渗硅技术制成了具有木材结构的生物碳化硅陶瓷,从而证明了该工艺是一种合适的制备仿生学结构陶瓷的工艺。Qian 等

[18]

首先将不同孔径和成分的天然木材在惰性气氛

中碳化处理获得了预成形体,然后将液态硅注入其中,使硅与碳反应生成多孔碳化硅材料,并对其力学性能进行了深入研究。

木质陶瓷工艺除了具有经济性好、易加工、易大量生产等一系列优点外,其原料的来源也很广泛,除了天然木材之外,木质废弃物(如木材废料、废纸、蔗渣和果壳等)也可以用作木质陶瓷的预成形体,这对于垃圾资源化的利用,减少环境的污染具有非常重要的意义,同时也为绿色工业化生产开孔多孔陶瓷材料提供了一种可能。但是,所得制品的孔径尺寸以及气孔率分布受起始木质材料结构和性能的控制。该种方法在今后的开孔多孔陶瓷的制备中将会有很大的应用前景。

6 包混工艺

包混工艺是德国的于利希研究中心在进行高温气冷堆用石墨和燃料元件的研制过程中,研究、开发出的一种新的制备开孔多孔陶瓷的工艺[19]。该种工艺可以使得每一个骨料粉末的表面都能够均匀地包

覆上一层粘结剂,这样在随后的成型过程中,每一个骨料都能够通过粘结剂彼此接触,从而得到充分的润滑。包混工艺大大降低了成型压力和各向异性的倾向,其工艺流程见图6

。

图6 包混工艺流程图

Fig 16 Flowch art for the coat mix pr oces s

Simwonis [20]

等以NiO 和YSZ 为骨料,酒精为溶

剂,酚醛树脂为粘结剂,采用包混工艺制备了具有渗透性高、电导率高和孔隙率达到43%的开孔多孔固体氧化物燃料电池电极材料。包混工艺可以用来制备具有组织结构均匀、各向同性度好、孔径可控、加工性能好和工件表面质量好的开孔多孔材料,使得它在很多领域都有广阔的应用前景,是一种很有发展潜力的制备开孔多孔陶瓷材料的制备工艺。

表1列举了采用上述几种工艺方法制备开孔多孔陶瓷的性能指标和优、缺点。除本文所讲六种工艺之外,还有注浆成型法[21]

和冷冻干燥法[22]

等其它制备开孔多孔陶瓷的诸多工艺方法,在此就不一一加以陈述。

7 结束语

多孔陶瓷作为一种具有特殊功能的工业陶瓷材料,近年来得到了广泛的关注和推广应用,尤其开孔多孔陶瓷的应用范围将会愈来愈广,探索和采用新的制备工艺,不断提高材料的性能是一个非常重要的课题。目前开孔多孔陶瓷制备技术的研究开发取得了可喜的进展,除了有机泡沫浸渍工艺、添加造孔剂工艺、溶胶2凝胶工艺、挤出成型工艺、木质陶瓷工艺和包混工艺外,还开发出了许多新型的工艺。制备工艺总的发展趋势是工艺简单、生产效率高、孔径大小和分布可控、环境协调性好、易于大批量生产等。随着开孔多孔陶瓷制备技术的不断发展,依靠学科交叉,并设计开发出更多的高性能开孔多孔陶瓷将会成为今后的研究热点之一。

表1几种开孔多孔陶瓷制备工艺的比较

Table1Comparison of the fabr ication methods of open2pore porous ceramics

Fabrication m ethod Pore size/mm Porosity/%Ad vantag e Disad vantag e

Polymeric sponge impr egnation pr ocess 011~570~90

Efficiency,simplicity,high s tr ength an d

high porosity

Large pore,sim ple sh ape,un2

controlled density,pollution

Addition pore2form ing material process 0101~1[50Complex shape,controlled pore structu re

Un even pore size distribution and

low porosity

Sol2gel p roces s 01002

~0101

[95

Micr o2pore products with even pore size

distribution

Limited s hape,low productivity,

unm anageable condition

Extru sion proces s\1[70H igh productivity,even pore size distri2

bution and honeycomb structu re

Large pore

Wood2ceram ic proces s[0102[50H on eycomb structu re,wor kability,eas y

to s cale2up and pollution2free

Unm anageable pore size and por e

size distribution

Coat mix process\01001[70Simplicity,controllable pore size and dis2

tribution,complex produ cts

Unm anageable process condition

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收稿日期:2005203208;修订日期:2005210206

作者简介:时利民(1979-),男,博士研究生,研究方向为多孔陶瓷材料,联系地址:清华大学核能和新能源技术研究院新材料研究室(102201)。

p

陶瓷坯釉配方优化方法

陶瓷坯釉配方优化方法 陶瓷采购网 1、优化方法简介 为了使某些目标达到最好的结果，就要找出使此目标达到最优的有关因素（或变量）的某些值（通常称为最优点、最优解或近似最优解）。这类问题在数学上称为最优化问题。 在工程设计、科学研究、经济管理等领域中，可以提出下面一类非常广泛的问题，在约束 h1(X)=0 I=1, 2, 3,…… m (1) g1(X)≥0 j=1, 2, 3,……p (2) 条件下，求函数f (X)的极小值。其中X∈En，式（1）称为等式约束，式（2）称为不等约束，f(X)秒为目标函数，这类问题称为非线性规划问题。一般的非线性规划问题也可以效地转化成无约束规则问题。 陶瓷坯釉配方所使用的原料种类较多，各种原料的矿物组成及化学组成也比较复杂。在配方计算中，要使坯或釉的化学组成或某些性能满足预定要求，又要使某些原料的用量在一定的范围以内，因此，这类计算基本上属多变量的非线性规划问题。在釉配方计算中，如果只满足某些性能要求，不限制各种原料的用量，则属于无约束规则问题。 求解无约束优化和约束优化的计算方法很多，本文选择了复合形法、网格法（以上属约束优化）和单纯形法（无约束优化）。兹就其优化原理简述如下： （1）复合形法 本方法用于求解具有不等式约束的多变量（一般在20以内）的优化设计问题。它是非线性约束的几维设计空间内，取2n 个顶点构成复形，然后对复形的各顶点函数值逐一进行比较，不断地丢掉最坏点，代之以既能使目标函数有所改善，又满足约束条件的新点，逐步调向最优点。 （2）网格法 网格法又称为连续变量法、等距离法，用于求解约束非线性规则问题，即求多元函数的约束极小值。 网格法是一种直接法，对函数无特殊要求。网格法就是在估计的区域内打网格，在网格点上求目标函数与约束函数之值。对满足约束函数的点，再比较其目标函数值的大小，从中选择小者，并把该网格点作为一次迭代的结果，然后在求出的点的附近将分点加密，再打网格，并重复前述计算与比较，直到网格的最大间距或目标函数小于预定值时，则终止计算。 （3）单纯形法 本方法用于求几元函数的无约束极小值。它是对几维空间的n+1个点（它们构成一个初始单纯形）上的函数值进行比较，去掉其中函数值最大的点，代之以新的点，从而构成一个新的单纯形，这样，通过迭代逐步逼近极小点。 2、坯料配方优化设计的数学模型 在坯料配方的优化设计中，考虑到瓷坯的性能指标，工艺参数等受工艺过程的影响很大，而且不可能建立相关的表达式，因此，不能直接以其性能指标作为优化参数，只能根据瓷坯化学组成与性能的关系，通过对瓷坯化学成分含量的控制，达到控制其性能指标的目的。 （1）已知条件 a.使用原料的种类及各种原料的化学组成、物理的和化学的特性。 b.根据产品性能的要求而提出的配料中化学组成要求。例如，对于铝质电瓷，为提高其机械强度，Al2O3含量应在40%以上，相应地由此可确定矾土的大致加入量。

陶瓷坯料(釉料)初步配方实验

材料制备与合成 陶瓷坯料（釉料）初步配方实验开放性实验 姓名： 学号： 专业：材料化学 院系：化学与化工系 指导教师： 起止日期：20**年**月**日至20**年**月**日

陶瓷坯料（釉料）初步配方实验 摘要：本实验以陶瓷厂用的抛光砖原料作为坯料，通过不同成型方法制作坯体，可塑成型法制造陶瓷的吸水率比注浆成型法制造坯体的少，而抗折强度比其强。釉料采用陶瓷厂广泛使用的普通原料，以Cr2O3作为变量，烧出样品所测定釉层光泽度以色差和釉层的平整光滑度有密切的关系，随着釉料中Cr2O3用量的增加，呈绿色越来越深。 关键词：成型方法；光泽度；色度；配方；釉料 前言 随着国民经济的快速发展，人民物质生活不断提高，社会对陶瓷产品的要求越来越高，因此陶瓷坯料的选用以及釉料的选取越来越引起重视。选择原料确定配方时既要考虑产品性能，还要考虑工艺性能及经济指标。陶瓷釉料作为陶瓷生产的基本原料，对其质量的要求也是很高的。 一、实验部分 1、实验原理 制定坯料配方，尚缺乏完善方法，主要原因是原料成分多变，而且工艺制作不稳，影响因素太多，以致对预期效果的预测没有把握。根据理论计算或凭经验摸索，经过多次试验，在既定的各种条件下，均能找到成功配方，但条件一变则配方的性能也随之而变。根据产品性能要求，选用原料，确定配方及成形方法是常用配料方法之一。而坯料的化学性质和烧成温度、对釉料的性能要求和釉料所用原料的化学成分工艺性能等是釉料配方的依据。釉层是附着在坯体上的，釉层的酸碱性质、膨胀系数和成熟温度必须与坯体的酸碱性质、膨胀系数和烧成温度相适应。 2.实验仪器和原料 2.1仪器：干燥箱；WT-2216C高温箱式电炉；光泽度计；色差检测仪器。 2.2原料：抛光砖坯料；黑泥；长石；滑石；磷酸钙；石灰石；石英；氧化锌；氧化铬。 3.实验步骤 3.1坯料的制备 坯料的示性组成为：长石20－30％，高岭40－50％，石英25－35％（自已确定配方）。按配方表原料百分比称取投料量150克左右，并确定料球水比1：2：0.6，称取料球水重量投入球磨滚筒中进行球磨；或用碾钵用人工碾磨。符合细度要求后出球磨、搅拌、除铁、脱水；过筛。

浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷 08 化本黄振蕾080900029 摘要：随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现，多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大，目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域，引起了全球材料学 关键词：多孔陶瓷制备应用发展 0. 引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的 比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料 和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1 多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。 美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型 的多孔陶瓷。其工艺流程为：原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T 烧成T制品。这种工艺的优点在于，可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计；缺点 是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4]。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒，利用微细颗粒易于烧结的特点，在高温下液化，从而使骨料连接起来。骨料粒径越大，形成的多孔陶瓷平均孔径就越大，并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀，产生的气孔分布也越均匀，孔径分布也越小。另外，添加剂的含量和种类，以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如 Yang 等[ 5] 用Yb2O3作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷，通过加入Yb2O3后，使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀，经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外，孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制，制品的孔隙率一般为20%~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂，高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单，制备强度高；不足之处在于气孔率低。

浅谈多孔陶瓷

浅谈多孔陶瓷 08化本黄振蕾080900029 摘要：随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现,多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大,目前其应用已遍及环保、节 能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域,引起了全球材料学科的高度关注。 关键词：多孔陶瓷制备应用发展 0.引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm 的规格。美国与日本已研制出了600 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm、900 孔/ 2.54 cm ×2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型的多孔陶瓷。其工艺流程为: 原料合成+ 水+ 有机添加剂→混合练混→挤出成型→干燥→烧成→制品。这种工艺的优点在于, 可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计; 缺点是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4] 。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法 颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒, 利用微细颗粒易于烧结的特点, 在高温下液化, 从而使骨料连接起来。骨料粒径越大, 形成的多孔陶瓷平均孔径就越大, 并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀, 产生的气孔分布也越均匀, 孔径分布也越小。另外, 添加剂的含量和种类, 以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如Yang 等[ 5]用Yb2O3 作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷, 通过加入Yb2O3 后, 使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀, 经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外, 孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制, 制品的孔隙率一般为20% ~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂, 高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单, 制备强度高; 不足之处在于气孔率低。

陶瓷工艺中的釉料制备及应用

陶瓷工艺中的釉料制备及应用 一、何克服陶瓷制品釉面无光的缺陷： 1、产生原因： ①釉料这熔剂少，熔点高，烧成温度不够。 ②施釉太薄，或施釉时釉料未经搅拌均匀。 ③已施釉的坯体接近于多孔性的吸水性强的坯体和器物时，很轻易使有釉的坯体釉面受到影响。 ④燃料中硫磺过多，烧成二氧化硫气体和灰份与釉料化合而生成硫化物，从而提高了釉熔点，促使釉面产生无光。 2、克服措施： ①适当增加釉的浓度或多上几次釉。 ②适当增加釉料中的熔剂，降低耐火度，或适当提高烧成温度。 ③已施釉的坯体要避免接近无釉或某此吸水性强的器物，无釉坯和釉坯不能在同一匣钵内烧成。 光泽釉，半无光釉，无光釉与碎纹釉：各种釉料对于光线吸收不同，而区别为光泽釉、半无光釉、无光釉及碎纹釉品种。上述釉料均呈色丰富，釉色种类很多，仅就瓷砖釉料的发展趋势将逐渐转向半无光、无光釉系列。无光釉用成色元素不多，但釉色很丰富，已经形成高岭质无光釉、碱性无光釉、二氧化硅质无光釉种类。其中，又以钡无光釉、锌无光釉、镁无光釉为其主要代表。此外还有结晶型无光釉、锂辉石析晶型无光釉、难溶性无光釉等类型。碎纹釉是釉面生成网状龟裂纹，适宜于瓷砖装饰，最早起源于我国的碎瓷产品。后来西方国家将其用于瓷砖装饰，收到格外美的效果。由于坯釉的膨胀系数不同而发生龟裂现象，碎纹釉的配制方法有五种：如采用两种具有不同收缩率的釉，将有高收缩率的釉料施于普通釉上，烧成后上层釉龟裂可以透见下层釉；增加釉的可溶性使釉的收缩增加，如增加长石与硼酸的量；增加釉的收缩率，减少坯的收缩率；使产品急冷工艺也可生成碎纹釉；有的釉在经年放置后也能形成碎纹釉。如法国采用在普通釉料中增加二氧化硅，矾土或碱类的方法，制成碎纹釉品种。有的采用多次烧成方法以形成不同的碎纹与颜色效果。 陶瓷的釉面光泽度与配方间关系：瓷器的光泽度与釉层表面的平整光滑程度和折

多孔陶瓷材料的制备技术

第14卷第3期Vol.14No.3 材　料　科　学　与　工　程 Materials Science&Engineering 总第55期 Sept.1996多孔陶瓷材料的制备技术 朱时珍　赵振波 北京理工大学　北京　100081 刘庆国 北京科技大学　北京　100083 【摘　要】　本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。 【关键词】　多孔陶瓷　制备　造孔剂　泡沫浸渍 Techniques For Preparation of Porous Ceramic Materials Zhu Shizhen Zhao Zhenbo Beij ing Institute of Technology　Beijing　100081 Liu Qingguo Beij ing University of Science and Technology　Beij ing　100083【Abstr act】　T he r ecent status of techniques for prepar ation of por ous ceramic mater ials was re-viewed.Var ious t echniques for pr epar ation of por ous cer amic mater ials resear ched mor e actively and ap-plied more successfully wer e analyzed,and the future development tr ends were discussed. 【Key wor ds】　Porous cer amics,F abr ication,P or e-form ing mat er ials,F oam impregna tion 一、前 言 近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。 ? 33 ?

陶瓷及其釉料

1.陶瓷的发展史及其在现代生活中的作用 中国的科技发展史上，除了“四大发明”，最引人注目的莫过于陶瓷了。中国的英文名称，就由此而来。但大多数并不了解陶瓷。在他们眼里，陶瓷一体，事实上，陶和瓷是完全不同的两种器物。陶产生在先，用粘土制坯；瓷产生在后，用瓷土制坯，而且两者烧制的窑温度也不相同。古代陶瓷的发展早在新时期时期，我们的祖先就拉开了陶瓷发展史的序幕。一开始，陶瓷只是一般的生活用品，作为容器或餐具。后来陶瓷制造逐渐脱离了实用主义，出现了只作为装饰功用的产品。殷商初期，随着烧制温度的不断提高，瓷器初具雏形。历史上最先出现的瓷器是青瓷。与比陶相比，瓷器质地细腻致密，坚固耐用，而且表面涂上了一层釉，防漏性能有了很大的提高，这算是进步。但在早期，经常出现露胎流釉的现象。这是由于在制坯时，瓷胎涂满釉质。在烧制过程中釉质受热熔化，变为液体，流到地面上，冷却后又变回固态，把瓷器与地面粘连起来。当时这种现象十分普遍。遇到这样的情况，师傅们只能用小榔头敲击瓷器底部，以把它同地面分开。这是个投鼠忌器的过程，力道的把握非常困难，劲小了，根本敲不下来；劲大了，又会使瓷器上产生裂纹，影响品质，甚至会把瓷器打碎，那前面的所做一切就前功尽弃了。后来有人发明了“半釉”法，成功的解决了这个问题。方法就是在制胎时只把釉质涂在器物的上半部分，并且稍微涂得厚一点。烧造时釉质受热后向下流，流到器物最底下刚好流完，而不会滴到地面上，这样冷却后就不会和地面发生粘连，很容易的就可以拿起来了。东汉时，浙江的越窑的青瓷逐渐成熟起来。随着技术的进步，直至魏晋南北朝，青瓷已经独霸中国的瓷器市场。此时，白瓷在北方悄然兴起，并在青瓷的强大统治下顽强地生根发芽。经过岁月的洗礼，唐朝时已经和青瓷分庭抗礼。两者各领风骚，有“南青北白”之说。唐朝的彩陶艺术也有了很大发展，最大的成就是人们后来所熟知的“唐三彩”。唐三彩主要由黄、绿、白三色的釉彩涂于胎身，因此得名。其造型丰富多样，有各种人物、动物、花鸟等，其中最出名的，要属唐三彩的马。随着唐王朝的土崩瓦解，中国瓷器市场格局重新洗牌。到了宋朝，瓷器产品打上了地方风格的烙印，形成一个个“瓷器割据”。总体上可概括为“五大名窑”，就是人们常说的官、哥、汝、定、钧。经过近千年的发展，中国陶瓷到明清时期更加灿烂辉煌。瓷器不再单调乏味，而是五光十色，丰富多彩：有蓝釉、祭红釉、郎窑红釉、豆红釉、黄釉、孔雀绿釉、黑釉等，其中黑釉是用来描边的。明代宣德的瓷器在落款上极为讲究——真品上的落款中，“德”字右半部分“心”字之上的一横是省略的，但是宣德炉除外。因为宣德炉是皇家使用的，所以不能残缺。德化窑的产品质地极脆，制作小型瓷器尚可，大型器物则容易变形，但非常适合佛像，传世的德化窑佛像价值很高。清代是中国封建社会的衰落时期，但陶瓷制造却迎来了又一个黄金时代，景德镇依然稳居陶瓷生产的重要中心。清朝瓷器质量以“康熙、雍正、乾隆”三朝为最高。清朝的统治者非常关心陶瓷业的发展，曾多次颁布特别御令，直接指导官窑的生产活动，对每一件瓷器的器形、样式、尺寸、纹路等都有明确的批示。这个时期，普遍实行“官搭民烧”制度。所谓“官搭民烧”，就是朝廷把一些御用瓷器的制造工作外包给民窑。由专门的机构设计好瓷器的样子，同时计算好所需银两的数目，一并交给民窑。民窑拿着银两去购买原料，按要求进行烧制。如果烧出来的瓷器不合规定，或者制作过程中出现事故，导致原料无法使用，损失必须由民窑自己掏钱承担。无论返工多少

多孔陶瓷的结构及性能

多孔陶瓷的结构性能及应用 摘要：本文综合论述多孔陶瓷的结构、组成、性能并围绕其在能源与环保领域的应用展开介绍，体现其作为一种绿色环保材料的重要意义和应用价值。 关键词：多孔陶瓷；结构；组成；性能；应用；能源；绿色 前言： 当今世界，工农业的发展导致了能源的大量消耗和环境的恶化，解决能源和环境问题已刻不容缓。人们越来越关注可持续发展的问题，世界各国都对这一问题予以充分重视，并将其作为重要内容列入国家发展计划。煤炭、石油和天然气等大量不可再生能源的消耗使得人们不得不考虑如何节能以及如何寻找新的替代能源？而由于污染带来的各种生态环境破坏，对自然的和谐发展和人类健康带来了空前的挑战。因此，在二十一世纪，着眼于解决能源与环境问题的高新技术将得到广泛关注，并将对自然和社会的良性发展起到重要作用。 正文： 一、什么是多孔体陶瓷 多孔陶瓷是一种含有气孔的固体材料，一般来说，气孔在多孔陶瓷体中所占的体积分数在20％到95％之间。根据气孔的类型，可以分为开气孔和闭气孔两种，前者的气孔都是相互贯通的并与外界环境相连，而后者则是封闭在陶瓷体内的孤立气孔，在不同的场合中它们分别有不同的用途。

根据应用的目的不同，多孔陶瓷材料的组成也不同，具体包括氧化铝、堇青石、莫来石、海泡石、碳化硅、氧化锆、羟基磷灰石等等。为了获得一定形状和结构的多孔陶瓷材料，制备工艺过程起到了决定作用。目前，主要的几种多孔陶瓷制备工艺包括发泡工艺、挤出成型工艺以及有机泡沫浸渍工艺，这三种工艺制得的多孔制品分别被形象地称为泡沫多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷和网眼多孔陶瓷。 由于其本身具有的独特性能，多孔陶瓷已经在我们的日常生活和现代工业生产中得到广泛的应用，包括分离与过滤、催化剂及其载体、生物反应器、燃料电池材料、气体传感器、隔热材料、热交换器、生物医学材料等等。能源和环境问题是社会健康和谐发展的永恒主题，多孔陶瓷在这些领域的广泛应用将产生不可估量的经济和社会效益。 二、多孔陶瓷的结构及其性能 多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而具有热导率低、体积密度小、比表面积高，以及具有独特物理和化学性能的表面结构等优点，加之陶瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等特点，使多孔陶瓷在能源和环境领域有广泛的应用，具体体现在以下各个方面：1．消声器。在城市生活中，噪音是一种重要的污染。走在城市的街道上，可以听到来自于汽车排气管、飞机飞行以及空调压缩机工作等造成的各种让人心烦的噪声，而这一切其实都可以通过应用多孔陶瓷得以缓解，甚至消除。多孔陶瓷具有丰富的孔隙，当声波传播到多孔陶瓷上时，在网状的孔隙内引起空气的振动，进而通过空气与多

纳米陶瓷材料制备技术

纳米陶瓷材料制备技术 邱安宁5990519118 F9905104 1.概述 陶瓷材料作为材料的三大支柱之一,在日常生活及工业生产中起着举足轻重的作用.但是,由于传统陶瓷材料质地较脆,韧性、强度较差,因而使它的应用受到了较大的限制,随着纳米技术的广泛应用,纳米陶瓷随之产生,希望以此来克服陶瓷材料的脆性,使陶瓷具有象金属一样的柔韧性和可加工性.英国著名材料专家Ｃａｈｎ指出纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径,因此纳米陶瓷的研究就成了当今材料科学研究的热点领域. 纳米材料一般指尺寸为1～100ｎｍ,处于原子团族和宏观物体交接区域内的粒子.而从原子团族制备材料的方法,称这为纳米技术.纳米材料由于具有表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应而产生奇异的力学、电学、磁学、热学、光学和化学活性等特性,它既是一种新材料又是新材料的重要原料[3 ].所谓纳米陶瓷,是指显微结构中的物相具有纳米级尺度的陶瓷材料,也就是说晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在纳米量级的水平上.由于界面占有可与颗粒相比拟的体积百分比,小尺寸效应以及界面的无序性使它具有不同于传统陶瓷的独特性能. 本文将描述纳米陶瓷的主要制备技术及加工中的理论问题,并利用在材料加工的原理就其典型应用进行讨论。 2.加工中的理论问题 2.1决定陶瓷性能的主要因素 决定陶瓷性能的主要因素组成和显微结构,即晶粒、晶界、气孔或裂纹的组合性状,其中最主要的是晶粒尺寸问题,晶粒尺寸的减小将对材料的力学性能产生很大影响.图1是陶瓷材料的晶粒尺寸与强度的关系图,其中的实线部分是现在已达到的,而延伸的虚线部分则是希望达到的[2 ].从图中可见晶粒尺寸的减小将使材料的力学性能有数量级的提高,同时,由于晶界数量级的大大增加,使可能分布于晶界处的第二相物质的数量减小,晶界变薄使晶界物质对材料性能的负影响减小到最低程度;其次,晶粒的细化使材料不易造成穿晶断裂,有利于提高材料韧性;再次,晶粒的细化将有助于晶粒间的滑移,使材料具有塑性行为.因此,纳米陶瓷将使材料的强度、韧性和超塑性大大提高,长期以来人们追求的陶瓷增韧和强化问题在纳米陶瓷中可望得到解决[4, 5]. 2.2扩散及烧结 由于纳米材料中有大量的界面,这些界面为原子提供了短程扩散途径及较高的扩散速率,并使得材料的烧结驱动力也随之剧增,这大大加速了整个烧结过程,使得烧结温度大幅度降低.纳米陶瓷烧结温度约比传统晶粒陶瓷低6 0 0℃,烧结过程也大大缩短[3 , 5],以纳米ＴｉＯ2 陶瓷为例,不需要加任何助剂,1 2ｎｍＴｉＯ2 粉可以在低于常规烧结温度40 0～6 0 0℃下进行烧结,同时陶瓷的致密化速率也迅速提高[3 ].通过对Ｙ2 Ｏ3 浓度为3%的ＺｒＯ2 纳米粉末的致密化和晶粒生长这2个高温动力学过程进行研究表明,由于晶粒尺寸小,分布窄,晶界与气孔的分离区减小以及烧结温度的降低使得烧结过程中不易出现晶粒的异常生长.控制烧结的条件,已能获得晶粒分布均匀的陶瓷体[6].美国和西德同时报道,成功地制备了具有清洁界面的纳米陶瓷ＴｉＯ2 (1 2ｎｍ),与粒度为 1 . 3μｍＴｉＯ2 陶瓷相比得到相同硬度,而烧结温度降低,因而,纳米粉末的出现,大大改变了材料的烧结动力

实验一多孔陶瓷的制备

实验一多孔陶瓷的制备 一、实验目的 1. 了解多孔陶瓷的用途 2. 掌握多孔陶瓷的制备方法 3. 了解多孔陶瓷的制备工艺 二、实验原理 多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，也可称为气孔功能陶瓷，它是一种利用物理表面的新型材料。多孔陶瓷具有如下特点：巨大的气孔率、巨大的气孔表面积；可调节的气孔形状、气孔孔径及其分布；气孔在三维空间的分布、连通可调；具有其它陶瓷基体的性能，并具有一般陶瓷所没有的主要利用与其巨大的比表面积相匹配的优良热、电、磁、光、化学等功能。实际上，很早以前人们就使用多孔陶瓷材料，例如，人们使用活性碳吸附水份、吸附有毒气体，用硅胶来做干燥剂，利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料等。现在，多孔陶瓷，尤其是新型多孔陶瓷的应用范围广多了。 1. 多孔陶瓷的种类 多孔陶瓷的种类很多，按所用的骨料可以分为以下六种： 按孔径分为以下三种情况： 2. 多孔陶瓷的制备： 陶瓷产品中的孔包括：（1）封闭气孔：与外部不相连通的气孔 （2）开口气孔：与外部相连通的气孔 下面介绍多孔陶瓷中孔的制备方法和制备技术 2.1孔的形成方法：

（1）添加造成孔剂工艺：陶瓷粗粒粘结、堆积可形成多孔结构，颗粒靠粘结剂或自身粘合成型。这种多孔材料的气孔率一般较低，20～30%左右，为了提高气孔率，可在原料中加入成孔剂(porous former)，即能在坯体内占有一定体积，烧成、加工后又能够除去，使其占据的体积成为气孔的物质。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剂，它们能在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μｍ—ｍｍ之间。虽然在普通的陶瓷工艺中，采用调整烧结温度和时间的方法，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，无法兼顾气孔率和强度，而采用添加成孔剂的方法则可以避免这种缺点，使烧结制品既具有高的气孔率，又具有很好的强度。 （2）有机泡沫浸渍工艺：有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种方法。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。这种方法制备的泡沫陶瓷是目前最主要的多孔陶瓷之一。 （3）发泡工艺：可以在制备好的料浆中加入发泡剂，如碳酸盐和酸等，发泡剂通过化学反应等能够产生大量细小气泡，烧结时通过在熔融体内产生放气反应能得到多孔结构，这种发泡气体率可达95%以上。与泡沫浸渍工艺相比，更容易控制制品的形状、成分和密度，并且可制备各种孔径大小和形状的多孔陶瓷，特别适于生产闭气孔的陶瓷制品，多年来一直引起研究者的浓厚兴趣。 （4）溶胶-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(热等)处理过程中留下小气孔，形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔，属于中孔或微孔范围内，这是前述方法难以做到的，实际上这是现在最受科学家重视的一个领域。溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料，特别是微孔陶瓷薄膜。 （5）利用纤维制得多孔结构：主要利用纤维的纺织特性与纤细形态等形成气孔，形成的气孔包括：a 有序编织、排列形成的；b 无序堆积或填充形成的。 通常将纤维随意堆放，由于纤维的弹性和细长结构，会互相架桥形成气孔率很高的三维网络结构，将纤维填充在一定形状的模具内，可形成相对均匀，具有一定形状的气孔结构,施以粘结剂，高温烧结固化就得到了气孔率很高的多孔陶瓷，这种孔较大的多孔陶瓷的气孔率可达80%以上；在有序纺织制备方法中，有一种是将纤维织布(或成纸),，再将布(或纸)折叠成多孔结构，常用来制备“哈尔克尔”，这种多孔陶瓷通常孔径较大，结构类似于前面提到的以挤压成型的蜂窝陶瓷；另外是三维编织，这种三维编织为制备气孔率、孔径、气孔排列、形状高度可控的多孔陶瓷提供了可能。 （6）腐蚀法产生微孔、中孔：例如对石纤维的活化处理，许多无机非金属半透膜也曾以这种方法制备。 （7）利用分子键构成气孔：如分子筛，这是微孔材料也是中孔材料。象沸石、柱状磷酸锌等是这类材料。

多孔陶瓷吸声板

多孔陶瓷吸声板 摘要：伴随社会的高速发展，噪声似乎已成为我们日常生活中的一大梦魇，走在城市的街道上，可以听到来自汽车排气管、飞机飞行以及空调压缩机工作等产生的各种让人心生厌恶的噪声，为了能够拥有一个相对更加安静的生活工作环境，我们可以应用多孔陶瓷吸音的性能制成吸声板，最大程度上解决生产生活中的噪声污染问题以达到低碳的最终目的，充分体现了多孔陶瓷作为一种绿色环保材料的重要意义和应用价值。 关键词：多孔陶瓷；结构；性能；吸音；强度；低碳 前言：多孔陶瓷又称为气孔功能陶瓷,是指具有一定尺寸和数量的孔隙结构的新型陶瓷材料。在材料成形与高温烧结过程中,内部形成大量彼此相通或闭合的气孔。多孔陶瓷用作吸声材料目前已非空白，多墙面材料，运输工具外壳体，尤其应用于地铁，影院，博物馆等防火要求较高的场所。现有的大都是蜂窝泡沫陶瓷吸声板，这种材料有很好的吸音效果，尤其以天然菱镁矿粉为原料烧烤而成的多孔质吸声板材料不会释放甲醇和其它对人体有害的气体，经实验证明，这种材料最终可以作为肥料使用，是建设部推荐使用的绿色环保材料。但是，多孔陶瓷为了保证一定的气孔率，相应强度会变差。气孔率与强度的折中问题是目前的一大空白。生产高吸音性同时高强度的多孔陶瓷正是我们要研究的新方向，应用于生产将会产生不可估量的经济和社会效益。 正文： 1.多孔陶瓷吸声板吸声机理 在日常生活中噪声是一种污染，各种令人生厌的噪音可以通过多孔陶瓷吸声板的应用得以缓解，甚至消除。 1.1 吸声机理介绍 声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波，并在空气介质中向四周传播。当声波遇到材料表面时，一部分被反射，另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力，其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。这些被吸收的能量(E)（包括部分穿透材料的声能在内）与传递给材料的全部声能（E0）之比，是评定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数（α），用公式表示为 α= E0/E

陶瓷釉料配方试验

开放实验 实验十一 陶瓷釉料配方实验 一、目的意义 1．掌握釉料配方实验方案的制定方法、配料操作规程和计算方法。 2．针对生产工艺上出现的问题提出釉料配方的修改措施。 3．釉料配方如何去适应坯料配方，坯釉不适应会出现什么缺陷？采取什么措施使之相适应呢？ 二、基本原理 坯料的化学性质和烧成温度、对釉料的性能要求和釉料所用原料的化学成分工艺性能等是釉料配方的依据。釉层是附着在坯体上的，釉层的酸碱性质、膨胀系数和成熟温度必须与坯体的酸碱性质、膨胀系数和烧成温度相适应。 参考测温锥的标准成分进行釉料配方，按照陶瓷坯体的烧成温度（测温锥标定的温度）配制釉料，可以选择低于坯体烧成温度4~5号测温锥的成分作为釉料配方参考。例如SK10号测温锥所标示的温度为1300℃，也就是某种坯体在SK10号测温锥倒底时烧成，而要找到一种在SK10号或1300℃成熟的釉料，那么这种釉料的釉式应当是SK 4a 。(1160℃）。 借助于成功的经验进行配料，例如釉料成熟温度在1250~1350℃之间的釉料配方中的322/O Al SiO 当量比值控制在7~10范围内，O R RO SiO 22/+当量比值控制在4～6范围内。 三、仪器设备 普通天平（台式）或小磅秤； 铜烧杯、玻璃棒； 砂浴皿、水浴锅、电炉、钳子； 搪瓷汤盆、瓢匙； 固定成分的坯料制的小坩埚（经过素烧的，用以检验坯釉的适应性）； 标准成分的坯料制的生坯试片（8×50×50毫米）； 小球磨罐及磨球若干套： 高岭土、长石、石英、方解石、ZnO 等釉用原料各若干公斤。 四、实验步骤 1．按照下列釉式配制本实验所用的釉料： 2 32210~6|0.1~7.07.03.0SiO O Al CaO O K ? ?? 2．计算生料配合公式量。 3．制备釉料（可以一组做一号配方或二组共做一号配方），每号干料须有0.5~1公斤，按每号之生料配合公式配料，加人适量水及球（料：球=1：1.5）入小球磨罐内，磨至符合

多孔陶瓷的制备及性能分析

第一章综述 1.1 多孔陶瓷的概述 多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。 多孔陶瓷的种类繁多，几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。根据所选材质不同，可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05～600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的优良性能，使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。如利用多孔陶瓷比表面积高的特性，可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等；利用多孔陶瓷吸收能量的性能，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷

的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。 1.2 多孔陶瓷的制备方法 多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。 多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。 1.2.1挤压成型工艺 本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。此外,也可以 在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最

陶瓷釉料介绍

陶瓷釉料 建筑卫生陶瓷行业非常注重采用先进的釉料技术，国内已经出现一大批专业性很强的陶瓷釉料和陶瓷熔块、色料公司。建筑卫生陶瓷产品中所用的釉料越来越丰富多样，目前多数陶企使用的釉料产品，类别与用途可以大致分类如下：1、铅釉和无铅釉；2、生料釉与熔块釉；3、一次烧成或二次烧成用釉；4、瓷砖，餐具，卫生陶瓷与电瓷用釉；5、按施釉方法划分的浸釉、喷釉、浇釉；6、高温釉和低温釉；7、高膨胀釉和低膨胀釉；8、烧成气氛氧化焰、中性焰和还原焰；9、颜色釉与无色釉；10、透明釉与乳浊釉；11、光泽釉、无光釉、半无光釉或花纹釉等等。这些丰富的釉料充分反映出许多特性，以及釉产品或者某些施釉和烧成特征。诸如包括釉料的化学成分，配料成分，产品用途，成瓷后的物理化学特性。有的表明了其工艺方法及釉面的外观表象，以及将来建筑卫生陶瓷用釉料的发展指向。现择其概要简介如下。1、铅釉与无铅釉在建筑陶瓷与卫生陶瓷产品使用的铅釉配方中，铅的来源出自偏硅酸铅或硼硅酸铅熔块。在实际生产中典型的偏硅酸铅配方组成为：塞格尔式 1.00氧化铅，0.10三氧化二铝，1.89二氧化硅，重量比：氧化铅64％，氧化铝3％，二氧化硅33％）。可使釉产生最低溶解度。如果增加碱性氧化物和氧化硼的含量，可导致熔块中铅溶解度的增加。在荷兰等国并无铅溶解度的限制规定，他们使用低熔融或高溶解的硅酸铅及硼酸铅熔块釉。铅釉与无铅釉的差别牵涉到产品的质量问题。不过在高于1150℃时，铅均明显挥发，而高于此温度界限时，则通常不再使用铅釉。无铅釉指氧化铅含量少于1％的重量的种类。随着环境保护要求越来越严格，近年来各国建陶工业已经逐步转向统统使用无铅釉料无铅熔剂与无铅色料。锶釉在取代铅釉方面表现出不俗的效果。除了烧成范围宽，烧成温度低和可形成光泽釉表面外，还具有良好的耐磨性能。因此锶釉成为一种很好的无铅釉，当它与釉下色剂一起使用时，几乎看不到对色料的不利影响，但在与铬锡红共用时，釉内必须添加一定的氧化钙，以稳定色调质量。2、生料釉与熔块釉由于陶瓷生料釉组成内不使用熔块，所以它们仅限于最高烧成温度大于1150℃时使用。通常可用做生产硬质瓷器、玻化卫生瓷、炻器、电瓷及各种低膨胀坯体的施釉。生料釉内含有矿物溶剂，如长石或霞石正长岩，外加粘土、石英、碳酸钙、白云石、氧化锌和硅酸锆作为常用原料。低膨胀生料釉还使用透锂长石作为熔剂。生料釉不会有任何形式的玻璃相，在烧成时必须经过足够时间将气体从原料组分内排出，釉熔融后可获得光滑而无气泡的釉面，因此，生料釉烧成时间要比熔块釉长。在烧成温度低于1150℃时，则宜采用熔块釉料。另外在采用低温快烧工艺时，需要釉内熔块含量相应增加。3、一次烧成釉与二次烧成釉对于陶瓷企业来讲，施釉产品一次烧成比二次烧成节能好且更经济，大幅度降低了产品成本，并有利于环境保护。一次烧成非常有利于高附加值的产品，如大件卫生洁具，或大型绝缘子。但二次烧成的主要优点是可以拣选并剔除某些有缺陷的半成品，也能生产出高质量与低成本的产品。在一次烧成工艺中，釉与坯体同时成熟，坯与釉的中间层的形成常常能够增加产品的强度，坯体的完全玻化亦很明显。在一次烧成工艺时，釉料内常含有粘结剂，既可控制水分自釉浆蒸发的速度，又控制了水分进入多孔坯的运动。釉料粘结剂起到增加干燥釉面硬度的作用。4、颜色釉与无色釉建筑卫生陶瓷产品一般采用颜色釉进行装饰，从而使其在满足使用时也带有可欣赏的美感，提高了产品的附加值。而无色釉的应用仅限于很小的产品范围（如特殊用途瓷砖产品）。目前欧洲的建陶卫生陶瓷产品，其颜色釉均采用金属氧化物颜料制备，过渡金属的无机化合物如钒、铬、锰、铁、钴、镍、和铜都是常用颜料。颜色釉的效果取决于基釉的化学组成、色料添加量、施釉厚度与均匀性、烧成时窑炉气氛。如氧化铁引

卫生陶瓷坯料配方设计

卫生陶瓷坯料配方设计、试样制备及其性能测试 1.实验目的 通过陶瓷工艺设计性综合实验，达到： （1）深刻常用陶瓷原料在陶瓷坯料中的作用； （2）掌握坯料配方设计和实验研究方法； （3）掌握实验技能，提高动手能力； （4）提高分析问题和解决问题的能力； （5）为毕业论文实验、进一步深造或从事专业技术工作奠定良好的基础。 2.实验安排 2.1查资料，进行坯体配方设计和计算，完成实验方案设计报告。 2.2实验过程（实验流程如图2-1） 2.2.1原料处理（粉碎机或研钵） （颗粒小于1mm或全部通过20目筛） 2.2.2配料、球磨、烘干、造粒 配料量 300g 2.2.3成型 按模具尺寸、每个7g原料成型试样33个以上，测试烧结温度范围用20个，按烧成温度烧成10个。 图2-1 实验流程

2.3完成实验总结报告(2周) 3.设计内容 3.1前言 3.1.1课题背景 纵观我国陶瓷发展史，自改革以来，卫生陶瓷工业快速发展起来，多年位居世界第一，成为世界卫生陶瓷生产大国。 目前，中国的卫生陶瓷生产可谓诸侯林立，企业大部分集中在河南，河北和广东地区，这三个地区年产量均超过1000万件，合计产量占全国总产量的70.3%，其价格相差也十分悬殊，一套坐便器从几十元到两三千不等，从产量上来说河南是最大的，而从产品的档次和出口来讲，则是广东独占鳌头。 在国内生产陶瓷飞速发展的同时，欧盟卫生陶瓷行业也出现新的变化与发展，中国大量出口卫生陶瓷的同时也大量进口外国高档卫生陶瓷产品，国外著名的卫生陶瓷品牌纷纷在中国建厂，抢占中国高档卫生陶瓷市场。 而如今，广大人民的辛福生活已离不开卫生陶瓷带来的无线便捷，生活的一部分不仅仅是柴米油盐，而更多的是居室安逸程度。行内人士都知道,陶瓷坯釉料配方是陶瓷生产企业生产和技术管理中非常重要的部分，所以卫生陶瓷广泛的应用注定了坯釉料必定是众多厂家研发的主要项目。 3.1.2目的和意义 本人在这里仅就其坯料为研究对象，通过查阅文献选择一种卫生陶瓷坯料配方，来完成实验，致力总结出较合适的坯料配方。 3.2配方设计和计算过程 3.2.1配方设计 （1）查阅文献得到一种卫生陶瓷的坯料化学成分（表3-1） 表3-1 某卫生陶瓷的坯料化学成分（质量%）[2] （2）实验原料的化学组成（表3-2） 表3-2 实验原料的化学组成（质量%）

浅谈多孔陶瓷材料及其过滤技术

龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/f76573329.html, 浅谈多孔陶瓷材料及其过滤技术 作者：朱俊 来源：《佛山陶瓷》2011年第11期 摘要：陶瓷过滤器以其独特的功能特性，在分离、净化领域中已成为一种不可替代的产品。本文根据多孔陶瓷过滤技术的发展变迁，对多孔金属滤材与多孔陶瓷滤材的性能进行了比较，阐述了多孔陶瓷滤材过滤元件的性能指标及过滤原理，介绍了多孔陶瓷及过滤器的应用现状，同时指出了多孔陶瓷材料过滤技术的发展前景。关键词：多孔陶瓷材料；过滤技术；发展前景 1引言 多孔陶瓷是一种以耐火原料为骨料，配以结合剂，经过高温烧结而制成的陶瓷过滤材料，其结构内部具有大量的微细气孔。它除具有耐高温、高压、耐酸、碱腐蚀等特性外，还具有孔径均匀、透气性高等特点。因此，可广泛用作过滤、分离、布气和消音材料。20世纪50年代后，国外就开始应用多孔陶瓷做过滤元件进行上、下水净化；矿泉水除菌；含油气体净化等。现今，多孔陶瓷产品已标准化、系列化。国内对多孔陶瓷在过滤技术中的应用研究虽起步较晚，但过滤器在分离、净化领域中已得到较全面的推广应用。如石化行业中液一固、气～固分离；制药、酿造行业中的无菌净化处理；环保行业中高温烟气除尘等。陶瓷过滤器以其独特的功能特性，在各分离、净化领域中已成为一种不可替代的产品。 2多孔陶瓷滤材技术的发展现状 多孔陶瓷是一种含有较多孔洞，并利用其结构或表面达到所需性能的过滤材料。其主要的制备方法有添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法和溶胶～凝胶法。常用于电化学陶瓷膜及熔融金属、液体、气体等的过滤。由于再生性差、成本高及孔结构难控制等方面的缺点，使其应用受到制约。通过完善制备工艺、改良材质、协调孔隙度与强度的关系等措施可提高其应用性能。 多孔陶瓷材料过滤技术得主要产品包括：各种规格的微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器、高性能陶瓷膜过滤元件及陶瓷膜过滤装置、高温气体净化的陶瓷过滤材料及高温陶瓷除尘器、高温融体过滤用泡沫陶瓷过滤元件以及陶瓷净水器、陶瓷曝气器、陶瓷消声器、各种陶瓷电解隔膜等。产品已广泛应用于化工、制药、冶金、水处理及环保工业等方面。 国外多孔陶瓷材料研究开发和应用已有80余年历史，陶瓷膜产品研制、开发、应用也有近30年历史，其产品的产业化、商业化程度已达到较高的水平，产品的技术水平也有了很大地提高。 2.1微孔陶瓷过滤元件和微孔陶瓷过滤器