多孔陶瓷课件

多孔陶瓷

1简介

2多孔陶瓷的特性以及孔隙形成

3多孔陶瓷材料的制备方法和工艺

4多孔陶瓷的应用

多孔陶瓷1简介

多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内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。

1简介

根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可分为三类：①粒状陶瓷；②泡沫陶瓷；③蜂窝陶瓷。陶瓷的气孔率列于下表。多孔陶瓷泡沫陶瓷蜂窝陶瓷粒状陶瓷结体气孔率/%80~907030~50根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可分为三类：多孔陶瓷泡沫多孔陶瓷2.1结构特征与性能2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理2.3陶瓷的成孔方法。多孔陶瓷2.1结构特征与性能多孔陶瓷2.1.1孔结构特征多孔陶瓷最大的结构特征就是多孔性。因制造工艺不同多孔陶瓷的孔结构主要有三种类型。(1)直通气孔,这类气孔直线贯通,相互之间没有连通或连通较少,如蜂窝陶瓷等用模具挤制形成的气孔;(2)闭气孔,这类气孔互不相通,相互孤立,如发泡法形成而没有破裂贯通的气孔;(3)开气孔,颗粒烧结法、添加造孔剂法,这类气孔相互贯通,且与外界连通,极大多数的开气孔都是弯弯曲曲的。多孔陶瓷2.1.1孔结构特征多孔陶瓷多孔陶瓷2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙。一般采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口气孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔。多孔陶瓷课件多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷3.1多孔陶瓷材料的工艺3.2多孔陶瓷材料的制备方法多孔陶瓷多孔陶瓷3.1.1

挤压成形工艺3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺3.1.3

发泡工艺3.1.4

添加造孔剂工艺3.1.5

固态烧结工艺3.1.6溶胶-凝胶工艺3.1.7冷冻干燥工艺3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺3.1.9快速自动成形工艺多孔陶瓷3.1.1挤压成形工艺多孔陶瓷材料工艺3.1.1

挤压成形工艺工艺流程为:原料合成→混合练混→挤出成形→干燥→烧成→制品。在生产过程中,核心工序是挤出成形,同时挤出成形模具又是挤出成形的核心技术多孔陶瓷课件3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺有机泡沫(聚合物)浸渍工艺是Schwartzwalder等于1963年发明的。该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,获得多孔陶瓷的一种方法。3.1.3

发泡工艺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。3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺3.1.4添加造孔剂工艺该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用这些造孔剂在坯体中占据一定的空间,高温下燃尽或挥发后在陶瓷体中留下孔隙。3.1.5固态烧结工艺固态烧结法又称骨料堆积法。该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,在一定温度下将骨料(大颗粒)连接起来。3.1.4添加造孔剂工艺3.1.6溶胶-凝胶工艺溶胶-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处理、热处理等过程中留下小气孔,形成可控多孔结构。3.1.7冷冻干燥工艺冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该技术由英国人Wollaston于1813年发明。冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去,从而获得干燥的制品。3.1.6溶胶-凝胶工艺3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa,温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180min。在25MPa下处理60min,制得的多孔陶瓷材料体积密度为0.88g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为30~50nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压强度高、性能稳定、孔径分布范围广。3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺3.1.9快速自动成形工艺

RP技术是1987年出现的,应用于制造业的高新技术。RP技术的本质是用积分法制造三维实体。在成形过程中,先由三维造型软件在计算机中生成部件的三维实体模型,然后将其用软件“切”出设定厚度的一系列片层,再将这些片层的数据信息传递给成形机,通过材料逐层添加法制造出来,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美国此项技术发展较为成熟,我国云南大学研究得比较深入。3.1.9快速自动成形工艺3.2多孔陶瓷的制备3.2.1粒状陶瓷的制备3.2.2蜂窝陶瓷的制备3.2.3泡沫陶瓷的制备3.2多孔陶瓷的制备

3.2.1粒状陶瓷一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、烧成。其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。3.2.1粒状陶瓷

成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高温时分解产生气体的物质(如碳酸钙)。在烧结时成孔剂分解，逸出气体起发泡作用，形成连通开孔。成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高温时分解产生气体的物质

粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形成孔隙。

粒状多孔陶瓷除气孔率较大外，同一般陶瓷烧结体无大差别。粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同3.2.2蜂窝陶瓷

蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许多平行直线开孔，孔径1~10mm的薄壁多孔结构。3.2.2蜂窝陶瓷3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的十二面体复杂图形。泡沫陶瓷气孔尺寸范围可从1.2孔/cm的最大孔到39.37孔/cm的极细孔。3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷工艺，它采用特别严密的软质泡沫塑料(如聚氨酯)为载体，进而加工成所需形状、尺寸等。泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷工艺，它采用特别严密的在金属熔体过滤净化技术中的应用精过滤技术在其他领域的应用作催化剂载体作敏感元件作为隔膜材料降低噪声用于布气多孔陶瓷在金属熔体过滤净化技术中的应用多孔陶瓷

因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大、过滤效率高的特点，因此，在金属熔体过滤净化技术中，泡沫陶瓷作为一种新型高效过滤器，得到人们的重视。在金属熔体过滤净化技术中的应用因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大、过滤

采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不仅能有效去除合金中的夹杂物和杂质，消除铸造缺陷，而且可大幅度提高合金的力学性能。泡沫陶瓷过滤净化技术对铝锌合金(ZA-27)组织和性能的影响如下：采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不仅能有效去除合金中的夹杂物和

①泡沫陶瓷过滤净化对合金化学成分的影响下表列出了过滤前后ZA一27合金的化学成分变化情况。过滤前后ZA一27合金的化学成分(％)工艺措施过滤未过滤过滤未过滤AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09①泡沫陶瓷过滤净化对合金化学成分的影响过滤前后ZA一27

由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺对合金材料的化学成分没有污染作用。工艺措施过滤未过滤过滤未过滤AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺对合金材料的化学成分

用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃；

利用碳化硅制成的孔径约40um的多孔陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃烧处理时的过滤；

以最大孔径为0.9um的多孔陶瓷过滤管可除去饮料及药液中所含的大肠杆菌。用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测定1000℃高温烟气中0作催化剂载体

由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和活性，被覆催化剂后，反应流体通过多孔陶瓷孔道后，将大大提高转换效率和反应速度。作催化剂载体

例如用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷被覆贵金属或稀土金属催化剂后，可用于汽车的尾气处理，使层气中的CO、CmHn化合物转化为CO2，并能使捕获的炭粒在较低的温度下起燃，使净化过滤器催化再生。例如用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷被覆贵金属或稀土金属催化剂后，可

当多孔陶瓷的孔径小于气体分子平均自由程时，不同气体具有不同的渗透能力，利用多孔陶瓷的这一特点，可选择性地分离某一反应生成的气体产物，而使反应速度加快。当多孔陶瓷的孔径小于气体分子平均自由程时，不同气体具有不作敏感元件

利用多孔陶瓷探头制成的土壤水分测定装置，可快速测出土壤中的水分变化，其探头的灵敏度取决于材料的气孔率及孔径。多孔陶瓷片两侧镀覆电极后，插入土壤中，土壤含盐率的高低将由陶瓷片的电阻值变化而反映出来。作敏感元件作为隔膜材料

在电解法生产双氧水工艺中，用多孔陶瓷作为阳极隔膜，控制其孔径小于0.5um及渗透性指标，可大大降低电解槽电压，提高电解效率，节约电能和贵金属电极材料铑的消耗，效率可提高50％以上。作为隔膜材料多孔陶瓷

1简介

2多孔陶瓷的特性以及孔隙形成

3多孔陶瓷材料的制备方法和工艺

4多孔陶瓷的应用

多孔陶瓷1简介

多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内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。

1简介

根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可分为三类：①粒状陶瓷；②泡沫陶瓷；③蜂窝陶瓷。陶瓷的气孔率列于下表。多孔陶瓷泡沫陶瓷蜂窝陶瓷粒状陶瓷结体气孔率/%80~907030~50根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可分为三类：多孔陶瓷泡沫多孔陶瓷2.1结构特征与性能2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理2.3陶瓷的成孔方法。多孔陶瓷2.1结构特征与性能多孔陶瓷2.1.1孔结构特征多孔陶瓷最大的结构特征就是多孔性。因制造工艺不同多孔陶瓷的孔结构主要有三种类型。(1)直通气孔,这类气孔直线贯通,相互之间没有连通或连通较少,如蜂窝陶瓷等用模具挤制形成的气孔;(2)闭气孔,这类气孔互不相通,相互孤立,如发泡法形成而没有破裂贯通的气孔;(3)开气孔,颗粒烧结法、添加造孔剂法,这类气孔相互贯通,且与外界连通,极大多数的开气孔都是弯弯曲曲的。多孔陶瓷2.1.1孔结构特征多孔陶瓷多孔陶瓷2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔,坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙。一般采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较高的开口气孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开口气孔。多孔陶瓷课件多孔陶瓷多孔陶瓷多孔陶瓷3.1多孔陶瓷材料的工艺3.2多孔陶瓷材料的制备方法多孔陶瓷多孔陶瓷3.1.1

挤压成形工艺3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺3.1.3

发泡工艺3.1.4

添加造孔剂工艺3.1.5

固态烧结工艺3.1.6溶胶-凝胶工艺3.1.7冷冻干燥工艺3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺3.1.9快速自动成形工艺多孔陶瓷3.1.1挤压成形工艺多孔陶瓷材料工艺3.1.1

挤压成形工艺工艺流程为:原料合成→混合练混→挤出成形→干燥→烧成→制品。在生产过程中,核心工序是挤出成形,同时挤出成形模具又是挤出成形的核心技术多孔陶瓷课件3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺有机泡沫(聚合物)浸渍工艺是Schwartzwalder等于1963年发明的。该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,获得多孔陶瓷的一种方法。3.1.3

发泡工艺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。3.1.2有机(聚合物)泡沫浸渍工艺3.1.4添加造孔剂工艺该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂,利用这些造孔剂在坯体中占据一定的空间,高温下燃尽或挥发后在陶瓷体中留下孔隙。3.1.5固态烧结工艺固态烧结法又称骨料堆积法。该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,在一定温度下将骨料(大颗粒)连接起来。3.1.4添加造孔剂工艺3.1.6溶胶-凝胶工艺溶胶-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处理、热处理等过程中留下小气孔,形成可控多孔结构。3.1.7冷冻干燥工艺冷冻干燥法全名为真空冷冻干燥法,该技术由英国人Wollaston于1813年发明。冷冻干燥的机理就是将需干燥的物料在低温下先行冻结至其共晶点以下,使物料中的水分变成固态的冰,然后在适当的真空环境下,通过加热使冰直接升华为水蒸汽而除去,从而获得干燥的制品。3.1.6溶胶-凝胶工艺3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa,温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180min。在25MPa下处理60min,制得的多孔陶瓷材料体积密度为0.88g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为30~50nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压强度高、性能稳定、孔径分布范围广。3.1.8多孔陶瓷水热-热静压工艺3.1.9快速自动成形工艺

RP技术是1987年出现的,应用于制造业的高新技术。RP技术的本质是用积分法制造三维实体。在成形过程中,先由三维造型软件在计算机中生成部件的三维实体模型,然后将其用软件“切”出设定厚度的一系列片层,再将这些片层的数据信息传递给成形机,通过材料逐层添加法制造出来,而不需要特殊的模具、工具或人工干涉。美国此项技术发展较为成熟,我国云南大学研究得比较深入。3.1.9快速自动成形工艺3.2多孔陶瓷的制备3.2.1粒状陶瓷的制备3.2.2蜂窝陶瓷的制备3.2.3泡沫陶瓷的制备3.2多孔陶瓷的制备

3.2.1粒状陶瓷一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、烧成。其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。3.2.1粒状陶瓷

成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高温时分解产生气体的物质(如碳酸钙)。在烧结时成孔剂分解，逸出气体起发泡作用，形成连通开孔。成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高温时分解产生气体的物质

粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形成孔隙。

粒状多孔陶瓷除气孔率较大外，同一般陶瓷烧结体无大差别。粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结，将骨料颗粒结合起来；同3.2.2蜂窝陶瓷

蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许多平行直线开孔，孔径1~10mm的薄壁多孔结构。3.2.2蜂窝陶瓷3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的十二面体复杂图形。泡沫陶瓷气孔尺寸范围可从1.2孔/cm的最大孔到39.37孔/cm的极细孔。3.2.3泡沫陶瓷

泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷工艺，它采用特别严密的软质泡沫塑料(如聚氨酯)为载体，进而加工成所需形状、尺寸等。泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷工艺，它采用特别严密的在金属熔体过滤净化技术中的应用精过滤技术在其他领域的应用作催化剂载体作敏感元件作为隔膜材料降低噪声用于布气多孔陶瓷在金属熔体过滤净化技术中的应用多孔陶瓷

因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大、过滤效率高的特点，因此，在金属熔体过滤净化技术中，泡沫陶瓷作为一种新型高效过滤器，得到人们的重视。在金属熔体过滤净化技术中的应用因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材料具有过滤面积大、过滤

采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不仅能有效去除合金中的夹杂物和杂质，消除铸造缺陷，而且可大幅度提高合金的力学性能。泡沫陶瓷过滤净化技术对铝锌合金(ZA-27)组织和性能的影响如下：采用泡沫陶瓷进行过滤净化，不仅能有效去除合金中的夹杂物和

①泡沫陶瓷过滤净化对合金化学成分的影响下表列出了过滤前后ZA一27合金的化学成分变化情况。过滤前后ZA一27合金的化学成分(％)工艺措施过滤未过滤过滤未过滤AlCuMgFe26.5326.5525.3225.342.312.302.222.240.020.020.0180.0170.080.100.090.09①泡沫陶瓷过滤净化对合金化学成分的影响过滤前后ZA一27

由表中数据可见，泡沫陶瓷过滤净化工艺对合金