多孔材料（综述）(3)

这类多孔陶瓷在冶金行业上的重要应用, 使该工艺自问世以来, 受到材料科技工作者的热切关注, 成为多孔陶瓷研究领域中的热点之一。该工艺特别适合制备孔径为100Lm~ 5mmd 的高气孔率网眼陶瓷, 而且工艺简单, 从而成为一种非常重要的制备工艺。

近几年来, 上海硅酸盐研究所朱新文等人[20]对该工艺开展了大量的工作, 取得了重大进展, 发展了一种二次涂覆挂浆工艺, 不仅大大改善了网眼多孔陶瓷的力学性能、可靠性, 而且孔径大小可以适应调节。

国外也有报道[21-22]不直接采用陶瓷浆料, 而是利用陶瓷聚合物先驱体( 如聚硅烷) 的溶液或将第二相陶瓷粉末分散在先驱体溶液中得到的悬浮体来涂覆网眼有机体泡沫, 然后对成型体在氮气气氛保护中进行热处理而获得网眼SiC、 SiC-Si3N4 , 但结构中含有大量细的孔筋, 而且没有给出力学性能数据。

2.3.5.2 化学气相渗透或沉积( CVIPCVD) 工艺[23]

该工艺的特点是热解有机泡沫形成网眼碳骨架,然后通过化学气相渗透( CVI) 或化学气相沉积( CVD)工艺将陶瓷原料渗涂到网眼碳骨架上。涂层厚度为10~ 1000Lm, 通过控制涂层厚度来控制制品的孔结构和性能。通过控制工艺条件使涂层高度致密, 晶粒尺寸为1~ 5Lm, 这样可以得到强度较高的网眼陶瓷。涂层材料可以是化合物如SiC、TiC、TiB2、ZrB2、Al2O3 等,也可以是金属如Al、Zr、Ni、Ti 等。图3 为本工艺制备陶瓷泡沫装置。该工艺的优点是孔结构容易控制, 制品强度高, 但缺点是生产周期长, 成本高, 腐蚀设备和污染环境。

2.3.5.3 仿生结构制备工艺

该工艺的特点是将具有多孔结构的天然木材在800~ 1800 e 下和惰性气体环境中裂解可以得到与木材多孔结构几乎完全相同的碳预制体。然后以碳预制体为模板, 在1600 e 通过液态金属硅的渗透反应可以得到多孔碳化硅陶瓷[24-25]。里面用碳热还原的工艺来脱去多余的氧，最后得到的就是SiC多孔木质多孔陶

瓷。2005年发表的一篇文章采用以下的制备流程，最后得到的与木材天然结构契合度很高的多孔陶瓷[26]

2.3.6 So-l Gel 工艺

Sol-Gel 法已成为制备多孔陶瓷的一个非常通用的方法, 该法步骤简单, 使用范围广, 工艺较成熟,尤其适合微孔薄膜陶瓷的制备。这种方法一般采用无机盐或醇盐作先驱体, 先驱体水解得到溶胶, 再在多孔载体上凝结成由M-O-M 键构成的无机聚合物凝胶膜。用这种方法制备的多孔材料, 孔径可调, 经不同后续处理可得到多种性质不同的多孔材料。[27]

2.3.7 升华干燥法

这种工艺的特点是首先使陶瓷浆料固化，然后在干燥过程中控制合适的温度和压力，从而使固相溶剂升华为气体排出，得道多孔的坯体，烧结后形成多孔陶瓷。通过以上供需值得的多孔陶瓷具有定向排列的宏观开孔，而在这些宏观孔的孔壁上含有微观孔，通过调节浆料的起始浓度和烧结工艺可以控制多孔陶瓷的结构。

当选用水作为陶瓷的粘合剂时，首先在低温下使浆料中的水冻结为冰粒，然后在低压条件下进行干燥处理，此时发生冰的升华现象，得到多孔的陶瓷坯体。

Fukasawa等人[28]用该法制备出同时含有微观孔和宏观孔的氧化铝陶瓷。这种制备工艺不经能够制备高孔隙率多孔陶瓷而且是环境友好型的。孔结构的形成是通过冷冻干燥过程中冰的升华来完成的，其释放出来的是气态的水蒸气，对环境不会造成任何的污染。

也可以采用高分子有机物作为溶剂，先配好浆料，然后低温凝固，最后控制温度和压力是使机溶剂升华，得到多孔的结构。[29]

2.3.8 反应结合法

反应结合法是粉末混合物发生化学反应、使粉粒颗粒之间通过反应物进行结合物而实现烧结的工艺，如环境气氛与原料发生反应，高温下原料之间反应而发生气体等。在烧结过程，坯体内气体的存在缓解了陶瓷的致密化，促进了多孔结构的形成。利用这种工艺可以实现近尺寸变化多孔体的烧结。而且反应烧结的另外一个优点是所需的烧结温度低、耗能少，传统工艺中SiC多孔陶瓷的烧结温度为1800-2000°C，但使用硅与碳的反应烧结工艺在1450-1600°C即可实现多孔碳化硅陶瓷的制备[30]。Falamaki等[31]在氧化铝粉中加入碳酸钙植被氧化铝多孔陶瓷，碳酸钙在高温下释放出二氧化碳有助于多孔结构的形成，当碳酸钙的含量为百分之五且在1350℃进行烧结时，可以获得最渗透率的氧化铝膜

2.3.9 纳米浇铸法

纳米浇注法也是一种制备具有等级孔结构多孔陶瓷的方法。从宏孔角度上 看，它属于模板复制法，如果从纳米孔的角度考虑，这种工艺则属十添加造孔剂 法。该工艺制备多孔陶瓷的基本过程是使用具有等级孔结构的材料为模板，进 行盐溶液或者溶胶溶液的浸渍加工，经热处理、锻烧或腐蚀移除模板后得到多 孔陶瓷。由于该方法需要预先进行模板的制备，因此整个操作过程周期会比较长[32]

2.3.10 热压法

一般来说，多孔陶瓷的机械强度随气孔率的增加而降低，为了制得高气孔率、高强度的多孔陶瓷，一些学者提出了HIP(hot tsostattc pressing)方法，即在高温高压的条件下，烧结多孔坯体。在烧结过程中，压力的存在阻止了坯体的收缩，促进了颗粒之间熔融架桥，减少了微裂纹和闭气孔的产生，提高了制品的机械强度。V. Biasim等[33]应用HIP方法制得了抗弯强度达到200MPa的三氧化二铝多孔陶瓷。

日本的Kocht大学也发明了一种类似的方法，被称为水热一热压法，研究人员在硅凝胶中加入10%的水，然后将其放在高压釜中，在压力为10^~50MPa，温度为3000℃下，凝胶中的水挥发，形成多孔材料。在25MPa的压力下，制得气孔体积为0. 59cm'/g，气孔直径为30 ~ 50nm，抗弯强度达70MPa的多孔材料。

2.4 多孔陶瓷的性能与表征

多孔陶瓷性能评价主要分为两个方面，一个是作为器件必须具备的一定的传统性能，可以指力学性能、热学、声学、磁学方面的性能；另外一个是作为多孔材料时关于孔隙方面作用的评价体系，比如孔隙率、孔径、渗透率等等；第三个是使用性能的表征，包括渗透性能、吸声性能等等。

2.4.1 传统性能

2.4.1.1 力学性能测试

应用多孔材料时大多要求满足一定的力学性能，这些力学性能参数主要包括抗压强度、抗弯强度。所用的实验设备要求具有能将试样破坏的压力量程，能够控制均匀连续增大的压力，并且能够自动指示和标记试样所受的最大压力(误差小于2%)[34-35]

2.4.1.2 热学及热机械性能测试

许多多孔材料应用于不同的环境下，有的要承受急冷、急热的恶劣环境；有的甚至还处于振动负荷下[36]；对多孔材料的热学及热机械性能进行分析测试很有必要。这些性能主要包括动态机械性能、高温蠕变、热膨胀系数、导热系数、 高温抗弯强度、热震性等。

2.4.1.3 动态机械性能

动态机械性能分析用以表征材料在振动情况下的机械性能已经很普遍[37]。动态储能模量、损耗模量、阻尼系数或内耗都能够通过动态机械性能分析获得。其中动态储能模量是衡量材料储存能量能力的一个参数，阻尼是对原子运动最 敏感的一个参数，特别适合于衡量热过程中的结构松弛[38]。一种材料的减震能力是指材料吸收、消耗机械振动或波传播时的弹性应变能的能力。材料的弹性是指在一定的应力-应变范围内，材料在施加的负载下发生的形变符合虎克定律，即应变与施加的应力成正比。虎克定律忽略了时间的影响，也就是说，一旦施加了应力，材料同时也会发生形变，这种情况仅仅适合于所施加的应力 …… 此处隐藏：2338字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……