生物形态多孔SiC 陶瓷.ppt

简析生物形态多孔SiC陶瓷 飞雾流雪 多孔SiC陶瓷传统制备工艺 添加造孔剂法 添加造孔剂法利用了造孔剂的占位 对陶瓷坯体烧结 致使造孔剂离开基体而形成气孔 造孔剂一般为无机的可燃性物质或高温时分解产生气体的物质 如碳酸铵 和有机的天然纤维 高分子聚合物或有机酸 其关键技术在于造孔剂的种类和用量控制 有机泡沫浸渍法 有机泡沫浸渍法是借助有机泡沫体具有的开孔三维网状骨架结构 将混合好的陶瓷浆体均匀的涂覆于有机泡沫网状体 干燥后烧掉有机泡沫体而获得网眼多孔陶瓷泡沫体 多孔陶瓷体的孔尺寸主要取决于有机泡沫体的孔尺寸 发泡法 发泡法是通过添加有机或无机化学物质 经过特殊工艺处理后形成挥发性气体而产生泡沫 然后经干燥和烧成制备多孔陶瓷 溶胶 凝胶法 溶胶 凝胶法主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理过程中残留的小气孔 形成多孔结构 缺点是采用大量的有机物 成本高 产量低 传统工艺缺点 品孔尺寸很不均匀孔径分布范围较宽孔结构形态难以控制孔排列杂乱无序而且都需要添加剂 无法避免陶瓷相的污染问题 天然植物转化为生物形态的多孔陶瓷 植物在长期的进化演变过程中 形成了完美独特的结构组态 多级分布的管状或胞状结构发达的孔隙和排列有序的孔道孔径分布从纳米级到毫米级 向日葵髓芯的SEM照片 玉米秆芯的SEM照片 高粱杆芯的SEM照片 生物形态SiC陶瓷的制备 将植物干燥 然后在惰性气氛中高温热解 将植物转化为碳模板 在热解过程中 由于生物聚合物的分解 释放出H2O CO2 CO等轻物质 而组成细胞壁的高聚物重新聚合 转化为碳骨架 与原始植物相比 碳模板有70 90 的失重和各向异性的收缩 通过不同的硅化过程将碳模板转化为SiC 如气相渗硅 液相渗硅以及溶胶凝胶 碳热还原等方法 目前 主要针对高粱 木材和竹子进行了研究 以高粱为模板制备多孔SiC陶瓷 高粱外表呈球形或椭球形 其颗粒直径约4mm 内部由不同大小的细胞组成 热解转化为碳模板后 细胞壁形成碳骨架 碳模板内部呈多级体系的蜂窝状结构 高粱经高温处理后碳模板外观形貌高粱碳模板呈类球形 颗粒直径约为3mm 基本保持了高粱的外观形貌 Panorama 碳化处理后 保持了高粱的蜂窝状细胞结构 内部由大小不同的圆形或椭圆形孔组成 孔道相连 Outersurface O Crosssection 剖面分析显示SiC的微观形貌 孔径排列和分布与碳模板相似质量的损失和各向异性的收缩并不会改变生物物质的微观结构 以木材为模板制备多孔SiC陶瓷 木材为天然形成的具有各向异性结构的复合体 其管胞沿轴向的优先取向为利用各种渗入技术将木材转变为具有所需结构和功能的多孔陶瓷提供了可能 可以用作模板制成具有类似木材微观 介观和宏观结构的蜂窝陶瓷 液相渗硅张荻等人以白松 黑胡桃木和水曲柳等植物结构为模板 预处理后经硅树脂浸渍与耦合处理 制备具有保持植物纤维原始形态的多孔碳化物陶瓷 whitepinewood白松木 blackhickory黑胡桃木 Manchurianash水曲柳 椴木碳模板 气相渗硅法椴木木炭和多孔SiC的SEM照片对照 先将橡木转化为碳模板 然后将模板放入坩埚 坩埚底部装有Si粉 升温至1500 1600 熔融的Si变成气态 通过碳模板的孔洞 反应后形成SiC 以橡木为模板制备多孔SiC陶瓷的工艺流程FlowchartforthefabricationprocessofporousSiCceramicwithoakwoodmicrostructure 以竹子为模板制备多孔SiC陶瓷 木材相比 竹子具有生长速度快 组织结构简单 抗弯强度高的特点 竹炭的孔隙包括大孔隙 中孔和微孔 比表面积可达360m2 g 是普通木炭的2 5倍 其丰富的孔隙分布和高比表面积使其具有良好的吸附特性 可作为吸附制件 催化剂载体的理