多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫,高壓、抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕,良好的生物惰性、可控的孔結(jié)構(gòu)及高的開口孔隙率、使用壽命長、產(chǎn)品再生性能好等優(yōu)點(diǎn),可以適用于各種介質(zhì)的精密過濾與分離、高壓氣體排氣消音、氣體分布及電解隔膜等。
中文名稱 | 多孔陶瓷 | 外文名稱 | Porous ceramics |
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原????料 | 剛玉砂、碳化硅、堇青石 | 特????點(diǎn) | 耐高溫高壓抗酸堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕 |
(1)氣孔率高。多孔陶瓷的重要特征是具有中較多的均勻可控的氣孔。氣孔有開口氣孔和閉口氣孔之分,開口氣孔具有過濾、吸收、吸附、消除回聲等作用,而閉口氣孔則有利于阻隔熱量、聲音以及液體與固體微粒傳遞。
(2)強(qiáng)度高。多孔陶瓷材料一般由金屬氧化物、二氧化硅、碳化硅等經(jīng)過高溫煅燒而成,這些材料本身具有較高的強(qiáng)度,煅燒過程中原料顆粒邊界部分發(fā)生融化而粘結(jié),形成了具有較高
強(qiáng)度的陶瓷。
(3)物理和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。多孔陶瓷材料可以耐酸、堿腐蝕,也能夠承受高溫、高壓,自身潔凈狀態(tài)好,不會造成二次污染,是一種綠色環(huán)保的功能材料。
(4)過濾精度高,再生性能好。用作過濾材料的多孔陶瓷材料具有較窄的孔徑分布范圍和較高的氣孔率與比表面積,被過濾物與陶瓷材料充分接觸,其中的懸浮物、膠體物及微生物等污染物質(zhì)被阻截在過濾介質(zhì)表面或內(nèi)部,過濾效果良好。多孔陶瓷過濾材料經(jīng)過一段時(shí)間的使用后,用氣體或者液體進(jìn)行反沖洗,即可恢復(fù)原有的過濾能力。
材質(zhì)
(1)高硅質(zhì)硅酸鹽材料,它主要以硬質(zhì)瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷顆粒為骨料,具有耐水性、耐酸性,使用溫度達(dá)700℃。
(2)鋁硅酸鹽材料,它以耐火粘土熟料、燒礬土、硅線石和合成莫來石顆粒為骨料。具有耐酸性和耐弱堿性,使用溫度達(dá)1 000℃。
(3)精陶質(zhì)材料,它以多種粘土熟料顆粒與粘土等混合燒結(jié),得到微孔陶瓷材料。
(4)硅藻土質(zhì)材料,它主要以精選硅藻土為原料,加粘土燒結(jié)而成。用于精濾水和酸性介質(zhì)。
(5)純炭質(zhì)材料,它以低灰分煤或石油瀝青焦顆粒為原料,或加入部分石墨,用稀焦油粘結(jié)燒制而成,用于耐水、冷熱強(qiáng)酸、冷熱強(qiáng)堿介質(zhì)以及空氣的消毒和過濾等。
(6)剛玉和金剛砂材料,它以不同型號的電熔剛玉和碳化硅顆粒為骨料,具有耐強(qiáng)酸、耐高溫的特性
(7)堇青石、鈦酸鋁材料,其特點(diǎn)是熱膨脹系數(shù)小,因而廣泛用于熱沖擊環(huán)境。
添加劑
(1)助熔劑
陶瓷助熔劑的主要作用是降低燒成溫度,增加液相,擴(kuò)大燒成范圍,提高坯體的力學(xué)強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。常用的助熔劑有長石、珍珠巖、滑石、蛇紋石、硅灰石、石灰石、白云石等。
(2)增塑劑
陶瓷增塑劑主要作用是提高陶瓷坯體的整體塑性,保證坯體具有一定的強(qiáng)度,使坯體在燒成前保持原有形狀。常用的增塑劑有粘性土、木節(jié)土、球土等。
(3)粘結(jié)劑
粘結(jié)劑是指為了提高坯體的強(qiáng)度或防止粉末偏析而添加到陶瓷坯料中的具有粘結(jié)作用的添加劑。粘結(jié)劑一般選擇易于在燒結(jié)前或燒結(jié)過程除掉的物質(zhì),如淀粉、石蠟、羧甲基纖維素、聚乙烯醇等。水玻璃具有較好的粘性,水分揮發(fā)后留下的硅酸鈉可以作為陶瓷的成分,所以也常被用作粘結(jié)劑。
(4)致孔劑
加入致孔劑是為了提高陶瓷的氣孔率、擴(kuò)大比表面積。致孔劑主要有天然有機(jī)細(xì)粉、煤粉、石灰石、白云石、燒沸石、珍珠巖、浮石等。一般來講,增加致孔劑的用量可以提高陶瓷的氣孔率,但是會引起陶瓷強(qiáng)度下降,因此必須控制致孔劑的添加比例。以石灰石和白云石作致孔劑時(shí),在煅燒過程分解生成的CaO和MgO具有助熔作用,如果在煅燒溫度過高、時(shí)間過長,會與原料中的部分物質(zhì)形成玻璃相,填充部分已形成的氣孔,降低陶瓷的氣孔率
(5)流變劑
漿料的流動(dòng)性能保證漿料在浸漬過程中能滲透到有機(jī)泡沫中,并均勻地涂敷在泡沫網(wǎng)絡(luò)的孔壁上。漿料的觸變性即要求漿料具有在靜止時(shí)處于凝固狀態(tài),但在外力作用下又恢復(fù)流動(dòng)性的特性。良好的觸變性可以保證在浸漬漿料和擠出多余漿料時(shí),在剪切作用下降低粘度,提高漿料的流動(dòng)性,有助于成型,而在成型結(jié)束時(shí),漿料的粘度升高,流動(dòng)性降低。這就使得附著在孔壁上的漿料容易固化而定型,避免了因?yàn)闈{料的流動(dòng)造成坯體嚴(yán)重堵孔而影響制品的均勻性。
(6)分散劑
為了提高漿料的固含量,無論是水基體系還是非水基體系均需加入分散劑。分散劑可以提高漿料的穩(wěn)定性,阻止顆粒再團(tuán)聚,進(jìn)而提高漿料的固含量。
(7)消泡劑和表面活性劑
為了防止?jié){料在浸漬和擠出多余漿料的過程中起泡而影響制品的性能,需加入消泡劑,一般采用低分子量的醇和硅酮。陶瓷漿料為水基漿料時(shí),如果有機(jī)泡沫與漿料之間的潤濕性差,在浸漬漿料時(shí)就會出現(xiàn)泡沫結(jié)構(gòu)的交叉部分附著較厚的漿料,而在結(jié)構(gòu)的橋部和棱線部分附著很薄的漿料的現(xiàn)象。這種情況嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致燒結(jié)過程中坯體開裂,使多孔陶瓷的強(qiáng)度明顯降低。因此,通常采用添加表面活性劑的方法以改善陶瓷漿料與有機(jī)泡沫體之間的附著性來解決此問題。
制備
發(fā)泡工藝
發(fā)泡工藝是陶瓷組分添加有機(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)氣體,經(jīng)干燥和燒成制成多孔陶瓷。發(fā)泡工藝與泡沫浸漬工藝相比,更容易控制制品的形狀、成分和密度,并可制備各種氣孔形狀和大小的多孔陶瓷,特別適用于制備閉氣孔的陶瓷材料。用來做發(fā)泡劑的化學(xué)物質(zhì)有很多種類,例如,用碳化鈣、氫氧化鈣、鋁粉硫酸鋁和雙氧水作發(fā)泡劑;由親水性聚氨脂塑料和陶瓷泥漿同時(shí)發(fā)泡制備多孔陶瓷;用硫化物和硫酸鹽混合作發(fā)泡劑等。
添加成孔劑工藝
此工藝是通過在陶瓷配料中添加造孔劑,利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間,然后經(jīng)過燒結(jié),造孔劑離開而形成氣孔來制備多孔陶瓷。添加造孔劑制備多孔陶瓷的工藝流程與普通的陶瓷工藝流程相似。造孔劑的種類有無機(jī)和有機(jī)兩類,無機(jī)造孔劑有碳酸銨、碳酸氫銨、氯化銨等高溫可分解的鹽類,以及煤粉、碳粉等。有機(jī)造孔劑主要是天然纖維、高分子聚合物和有機(jī)酸等。造孔劑顆粒的形狀和大小決定了多孔陶瓷材料氣孔的形狀和大小。多孔陶瓷材料的成型方法與普通陶瓷的成型方法類似,主要有模壓、擠壓、等靜壓、扎制、注射和粉漿澆注等。
有機(jī)泡沫浸漬工藝
有機(jī)泡沫浸漬法是用有機(jī)泡沫浸漬陶瓷漿料,干燥后燒掉有機(jī)泡沫,獲得多孔陶瓷的一種方發(fā)泡工藝法。該法適于制備高氣孔率、開口氣孔的多孔陶瓷。這種方法制備的泡沫陶瓷是目前最主要的多
孔陶瓷之一。
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)。這種方法大多數(shù)產(chǎn)生納米級氣孔,多用來生產(chǎn)微孔陶瓷。溶膠-凝膠工藝是一種新的制備多孔陶瓷的工藝,與其它工藝相比有其獨(dú)特之處。例如,用溶膠-凝膠法制備氧化鋁多孔陶瓷,與顆?;旌稀⑴菽n、噴霧干燥顆粒等方法相比較,溶膠-凝膠法可進(jìn)一步改善氧化鋁多孔陶瓷孔徑分布的控制、相變、純度及顯微結(jié)構(gòu)。
擠出成型多孔蜂窩陶瓷
蜂窩陶瓷的成型方法有許多種,擠出成型是最普遍采用的制造方法之一。它的工藝流程為:原料合成-混和-擠出成型-干燥-燒成制品
固相燒結(jié)工藝
固相燒結(jié)工藝?yán)梦⒓?xì)顆粒易于燒結(jié)的特點(diǎn),在骨料中加入相同組分的微細(xì)顆粒,在一定的溫度下微細(xì)顆粒通過蒸發(fā)和遷移,在大顆粒連接部燒結(jié),從而將大顆粒連接起來。由于每一粒骨料僅在幾個(gè)點(diǎn)上與其他顆粒發(fā)生連接,因而在燒結(jié)體中形成大量的三維貫通孔道。
凝膠注模工藝
凝膠注模工藝源于20世紀(jì)90年代,美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室最早將傳統(tǒng)陶瓷成型技術(shù)與高分子化學(xué)反應(yīng)結(jié)合在一起,研制出這種新型陶瓷制備工藝。凝膠注模工藝過程是一個(gè)原位成型過程,主要利用有機(jī)單體或少量添加劑的化學(xué)反應(yīng)原位凝固成型,獲得具有良好微觀均勻性和一定強(qiáng)度的坯體,而后燒結(jié)制得成品。
冷凍干燥工藝
在該工藝中,讓冰將柱狀的凝膠包圍和隔離著,并且控制溶液中冰的生長方向?yàn)閱蜗蛏L,冰溶化后纖維就形成了。在另外一種制備孔陶瓷的凍干工藝中,溶劑是直接由固態(tài)到氣態(tài)升華而排除的。通過控制金屬鹽溶液的冷凍方向獲得了方向性好、氣孔率很高(>90%)的多孔陶瓷。
自蔓延高溫合成(SHS) 工藝
燃燒合成, 又稱自蔓延高溫合成用燃燒合成技術(shù)制備多孔材料的主要過程是放熱反應(yīng),化學(xué)反應(yīng)釋放出來的熱量維持反應(yīng)的自我進(jìn)行,合成新物質(zhì)的同時(shí)獲得了所期望的多孔材料,包括具有一定形狀的多孔材料。燃燒合成過程總是伴隨著燒結(jié)現(xiàn)象,燒結(jié)體的孔隙度很高,可以達(dá)到50%左右,甚至更高。SHS與常規(guī)方法相比主要有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢:合成反應(yīng)過程迅速,能大量節(jié)省能源,產(chǎn)品純度高,工藝相對簡單,適合于制備各類無機(jī)材料。SHS 存在的主要不足之處是反應(yīng)快迅速,試樣的燒結(jié)尺寸難以控制。
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(shí)間一般為10-180 min。在25MPa下處理60min,制得的多孔陶瓷材料體積密度為0.88 g/cm,孔體積為0.59cm/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(diǎn):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。
組織遺傳制備工藝
該工藝是利用植物材質(zhì)(木材、竹子等)的天然多孔組織,將其在800~1000℃下和惰性氣體環(huán)境中熱解碳化得到與木材多孔結(jié)構(gòu)幾乎完全相同的碳預(yù)制體。然后以碳預(yù)制體為模板,1600℃時(shí)液態(tài)硅蒸發(fā)形成的硅蒸汽滲入模板與碳化合形成多孔碳化硅陶瓷。該工藝過程簡單,成本低廉,但制品的孔結(jié)構(gòu)主要決定于材質(zhì)本身的組織,可設(shè)計(jì)性較差,同時(shí)SiC的轉(zhuǎn)化率相對較低。也可將木材在真空中浸漬滲入樹脂,之后在1200℃左右熱解,冷卻后得到一定孔隙率的木材陶瓷。
離子交換法
層狀硅酸納晶體與十八烷基三甲基溴化銨在水中充分混合, 硅酸鹽層間的陽離子與銨鹽陽離子將自發(fā)地進(jìn)行交換, 由于銨鹽離子體積較大, 硅酸鹽的片層結(jié)構(gòu)會因銨鹽的引入而發(fā)生彎曲變形, 彎曲的片層之間發(fā)生縮聚, 將有機(jī)物包圍在片層當(dāng)中, 經(jīng)高溫?zé)Y(jié)除去有機(jī)物, 即形成多孔SiO2。目前,人們正在研究這種多孔材料的穩(wěn)定性和比表面積問題, 并期望將其應(yīng)用于催化或吸附系統(tǒng)中。
應(yīng)用
載體
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)流體通過泡沫陶瓷孔道,將大大提高轉(zhuǎn)化效率和反應(yīng)速率。由于多孔陶瓷具有比表面積高、熱穩(wěn)定性好、耐磨、不易中毒、低密度等特點(diǎn),作為汽車尾氣催化凈化器載體已被廣泛使用除了作催化劑載體外,它還可以作為其它功能性載體,例如藥劑載體、微晶載體、氣體儲存等。
過濾和分離
1.超純水的制備和除菌
用硅藻土或粘土熟料質(zhì)制成的多孔陶瓷濾芯,已用于飲水、石油油井注水用水等的除菌和凈化,還用于注射液的消毒過濾,以及電子工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、光學(xué)透鏡研磨用的超純水的凈化等。
2.廢水處理
用多孔陶瓷過濾工業(yè)廢水和生活污水已成為廢水處理和凈化的重要發(fā)展方向,適用各種污染廢水,效率高,成本低。
3.腐蝕性流體過濾
多孔陶瓷的強(qiáng)耐腐蝕性使其在過濾酸性、堿性等腐蝕性液體或氣體時(shí)顯示出特有的優(yōu)勢。
4.熔融金屬過濾
經(jīng)多孔陶瓷的過濾能除去熔融金屬中大部分的夾雜物和氣體等雜質(zhì),提高金屬材料的強(qiáng)度等內(nèi)在質(zhì)量。特別在電子元件、電線用金屬和精密鑄造用金屬方面尤其重要。
5.高溫氣體過濾
高溫?zé)煔獾某龎m、高溫煤氣的凈化等高溫氣體的過濾都必須使用耐高溫的多孔陶瓷。
6.醫(yī)藥工業(yè)食品工業(yè)過濾
多孔陶瓷由于具有耐高溫、耐腐蝕和良好的生物、化學(xué)相容性,因而可用于醫(yī)藥工業(yè)中的疫苗、酶、病毒、核酸、蛋白質(zhì)等生理活性物質(zhì)的濃縮、分離、精制等。在食品、飲料工業(yè)中,特別適用于色、香、味強(qiáng)的飲料及低度酒類的過濾,并可望在啤酒(尤其是生啤)的生產(chǎn)中發(fā)揮不可替代的作用。
7.放射性物質(zhì)的過濾
核電廠等產(chǎn)生大量放射性廢物,經(jīng)過燃燒能成為化學(xué)穩(wěn)定的固體粉末,多孔陶瓷能將其固化,保管起來方便又經(jīng)濟(jì)。
吸音材料
多孔陶瓷具有連通開氣孔,當(dāng)聲波傳入時(shí),在很小的氣孔內(nèi)受力振蕩。振動(dòng)受到的摩擦和阻礙,使聲波傳播受到抑制,導(dǎo)致聲音衰減,從而起到吸音的作用。是一種消除噪聲公害,益于人們身心健康的好材料。作為吸音材料的多孔陶瓷要求較小的孔徑(20~150/um),相當(dāng)高的氣孔率(>60%)及較高的機(jī)械強(qiáng)度。陶瓷所具有的優(yōu)良的耐火性和耐候性,使它可用于變壓器、道路、橋梁等的隔音?,F(xiàn)在已在高層建筑、隧道、地鐵等防火要求極高的場合及電視發(fā)射中心、影劇院等有較高隔音要求的場合使用,效果很好。
隱身材料
多孔陶瓷吸波涂料是一種研制較多的吸波材料,它比鐵氧體、復(fù)合金屬粉末等吸波涂料的密度低、吸波性能好,而且還可以有效地減弱紅外輻射信號。另外,多孔陶瓷具有良好的力學(xué)性能、熱物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性,能滿足隱身的要求。著名的F-117隱身飛機(jī)的尾噴管就使用了多孔陶瓷基吸波材料達(dá)到飛機(jī)隱身的目的。
隔熱保溫材料
由于多孔陶瓷具有巨大的氣孔率和低的基體熱傳導(dǎo)系數(shù),其最傳統(tǒng)的應(yīng)用是作為隔熱材料。傳統(tǒng)的窯
爐、高溫電爐其內(nèi)襯多為多孔陶瓷。為增加其隔熱性能還可將內(nèi)部氣體抽真空。目前世界上最好的隔熱材料正是這種多孔陶瓷材料。高級的多孔陶瓷隔熱材料還可用于航天飛機(jī)的外殼隔熱。除此以外,由于其多孔性還可以作為換熱材料用,且換熱充分。
多孔介質(zhì)燃燒器
多孔介質(zhì)燃燒器有功率大、范圍可調(diào)、高功率密度、極低的C0和N0x排放量、安全穩(wěn)定燃燒等優(yōu)點(diǎn)。而且很重要的一點(diǎn)是,多孔介質(zhì)燃燒器的結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸大大減小,制造成本低,系統(tǒng)效率較高,消除了額外能耗。
生物工程材料
在傳統(tǒng)生物陶瓷基礎(chǔ)上研究開發(fā)的多孔生物陶瓷,由于生物相容性好,理化性能穩(wěn)定,無毒副作用的特點(diǎn)而被用于制作生物材料。當(dāng)用于修補(bǔ)骨缺損部位時(shí),新生物將逐漸進(jìn)入多孔陶瓷珊瑚狀孔隙內(nèi),慢慢將多孔陶瓷吸收,最終,這種多孔陶瓷將由新生骨制質(zhì)取代。與傳統(tǒng)生物陶瓷相比,生物體內(nèi)不會殘留任何異物,因而不易感染。國外利用多孔生物陶瓷修復(fù)頭蓋骨、大腿骨、脊椎骨、人造齒根等臨床實(shí)驗(yàn)均已獲成功。
散氣(布?xì)?材料
多孔陶瓷還可用于氣-液、氣-粉兩相混合,即通常所說的布?xì)?、散氣。通過多孔陶瓷的散氣作用,使兩相接觸面積增大而加速反應(yīng)。目前活性污泥法處理城市污水中使用的多孔陶瓷布?xì)庋b置就比較成功,不僅布?xì)庑Ч?,而且使用壽命長。利用多孔陶瓷材料將氣體吹入粉料中,使粉料處于疏松和流化狀態(tài),有利于混勻、傳熱和均勻受熱,能加速反應(yīng),防止團(tuán)聚,便于粉料的輸送、加熱、干燥和冷卻等,特別在水泥、石灰、和氧化鋁粉等粉料生產(chǎn)及輸送中有著良好的應(yīng)用前景。
新能源材料
1) 多孔陶瓷因其與液體和氣體的接觸面積大,使電解池的槽電壓比使用一般材料低得多,而成為優(yōu)良的電解隔膜材料,可大大降低電解槽電壓,提高電解效率,節(jié)約電能和昂貴的電極材料。目前陶瓷隔膜材料已用在化學(xué)電池、燃料電池、光化學(xué)電池中,特別是固體氧化物電池。
2)利用多孔陶瓷制備多孔電極。以多孔氣體擴(kuò)散電極為例,它的比表面積不但比平板電極提高3~5個(gè)數(shù)量級,而且液相傳質(zhì)層的厚度也從平板電極的10cm壓縮到1O~10cm,從而大大提高電極的極限電流密度,減少濃差極化。
敏感元件
陶瓷傳感器的敏感元件工作原理是當(dāng)微孔陶瓷元件置于氣體或液體介質(zhì)中時(shí),介質(zhì)的某些成分被多孔體吸附或與之反應(yīng),使微孔陶瓷的電位或電流發(fā)生變化,從而檢驗(yàn)出氣體或液體的成分。比較常用的有溫度傳感器、濕度傳感器、氣體傳感器以及多功能傳感器。
微孔膜
陶瓷分離膜因耐高溫、耐酸堿、抗生物侵蝕、不老化、壽命長等優(yōu)點(diǎn),被開發(fā)應(yīng)用于食品工業(yè)、生物化工、能源工程、環(huán)境工程、電子技術(shù)等領(lǐng)域。隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,納米級多孔無機(jī)膜的制備和應(yīng)用成為人們目前研究的熱點(diǎn)。微孔無機(jī)膜還應(yīng)用于光學(xué)、電子學(xué)、磁學(xué)等領(lǐng)域。
存在的問題:
材料的脆性;缺乏完整材料的大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng);缺乏對材料的孔徑大小、形狀分布等的精確控制方法;缺乏連續(xù)生產(chǎn)工藝;缺乏將孔結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能相聯(lián)系的有效模型;材料間連接技術(shù)的不足;多孔泡沫制備中溶劑提取法的簡化;合成催化劑的活性和尺寸選擇性;完整的膜凈化方法;生產(chǎn)成本高。
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。
可以添加有機(jī)微球來造孔
多孔陶瓷基本簡介
多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫,高壓、抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕,良好的生物惰性、可控的孔結(jié)構(gòu)及高的開口孔隙率、使用壽命長、產(chǎn)品再生性能好等優(yōu)點(diǎn),可以適用于各種介質(zhì)的精密過濾與分離、高壓氣體排氣消音、氣體分布及電解隔膜等。
多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫,高壓、抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕,良好的生物惰性、可...
陶瓷顯微結(jié)構(gòu)主要包括陶瓷相,玻璃相和氣相.如果陶瓷中氣孔率較高都會影響陶瓷的強(qiáng)度,使強(qiáng)度降低,但也有利用陶瓷氣孔制作的多孔陶瓷,它的主要用途就是作過濾材料,或隔熱隔音材料.其實(shí),日常生活中接觸的陶罐,...
多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料、經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的一種多孔性陶瓷材料、具有耐高溫,高壓、抗酸、堿和有機(jī)介質(zhì)腐蝕,良好的生物惰性、可...
porous ceramics;honeycomb ceramics
目前造孔劑大多選擇保利美塑膠于2010年引進(jìn)的TW系列造孔劑,這種屬于有機(jī)微球造孔劑,造孔直徑25微米,這種材料可以完全排掉,造孔均勻,顯微鏡下觀測排列致密。保利美目前報(bào)價(jià)190元/KG ,適合高端產(chǎn)品使用
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評分: 4.4
以陶瓷拋光廢渣為主要原料制備多孔陶瓷,研究了拋光廢渣在多孔陶瓷中的影響因素,探討了多孔陶瓷孔隙率、容重、斷裂模數(shù)之間的關(guān)系。
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評分: 4.6
纖維多孔陶瓷孔洞結(jié)構(gòu)決定其過濾性能,故選擇合適的方法和測量裝置對其孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行測定非常重要。根據(jù)液體排除法,自制一套專用測量裝置,詳細(xì)討論了測量原理和計(jì)算方法,并采用計(jì)算機(jī)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編程,對不同粘結(jié)劑制備的纖維多孔陶瓷孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了測定。測定結(jié)果可為優(yōu)化制備工藝提供直接參考。
《多孔陶瓷產(chǎn)品通用技術(shù)條件(GB/T 16533-1996)》由中國標(biāo)準(zhǔn)出版社出版。
借由多孔陶瓷基板的多孔性結(jié)構(gòu)所具有的大表面積,可快速地將該電子元件作功產(chǎn)生的熱量散除,及可迅速降低電子元件的熱量。
可用以供電子元件電連接使用,其特征在于:包含一由多孔陶瓷制成的基板,及一被覆于該基板頂面的導(dǎo)線單元,該導(dǎo)線單元包括多數(shù)個(gè)間隔被覆于該基板頂面并構(gòu)成一預(yù)定電路分布圖案而可供電子元件電連接的導(dǎo)電層。
氣固分離多孔陶瓷管由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)而具有熱導(dǎo)率低、體積密度小、比表面積高,以及具有獨(dú)特物理和化學(xué)性能的表面結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn),加之陶瓷材料本身特有的耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn),使多孔陶瓷在能源和環(huán)境領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用,具體體現(xiàn)在以下各個(gè)方面:
1.消聲器。在城市生活中,噪音是一種重要的污染。走在城市的街道上,可以聽到來自于汽車排氣管、飛機(jī)飛行以及空調(diào)壓縮機(jī)工作等造成的各種讓人心煩的噪聲,而這一切其實(shí)都可以通過應(yīng)用多孔陶瓷得以緩解,甚至消除。多孔陶瓷具有豐富的孔隙,當(dāng)聲波傳播到多孔陶瓷上時(shí),在網(wǎng)狀的孔隙內(nèi)引起空氣的振動(dòng),進(jìn)而通過空氣與多孔陶瓷基體之間的摩擦,聲波的能量轉(zhuǎn)變成熱能而被消耗,從而達(dá)到消除噪聲的效果?,F(xiàn)在已經(jīng)得到應(yīng)用的多孔陶瓷包括安裝在汽車排氣管中間的蜂窩狀多孔陶瓷,用來減少汽車排氣管的噪音。一些新型建筑材料也廣泛采用多孔泡沫陶瓷作為墻體材料,實(shí)踐證明可以達(dá)到非常好的隔音效果,在住宅、影劇院、醫(yī)院等需要隔離噪音的場所具有廣闊的應(yīng)用前景。
2.過濾與分離。各種廢氣、城市生活污水和工業(yè)廢水都需要進(jìn)行相應(yīng)的過濾和分離才能排放到自然環(huán)境中,多孔陶瓷則扮演著“環(huán)境凈化使者”的角色。廢氣和廢液中常常含有一些有毒有害的物質(zhì),比如汽車尾氣和發(fā)電廠煙氣中的煙塵,半導(dǎo)體工業(yè)廢水中的重金屬元素等都是重要的環(huán)境污染源,如果不加以處理,則會造成酸雨、河流和土壤的污染等嚴(yán)重后果。使用多孔陶瓷,讓廢氣或廢液通過多孔的陶瓷體,其中的有害物質(zhì)顆粒物就會被攔截或者吸附在多孔結(jié)構(gòu)中,而凈化后的氣體或液體就可以排放到自然界中了。
蜂窩陶瓷過濾尾氣的作用機(jī)制 這方面的一個(gè)典型應(yīng)用就是柴油機(jī)尾氣過濾,在城市中,大量公交車都是采用柴油機(jī)發(fā)動(dòng)的,但是柴油因?yàn)槿紵煌耆?,在尾氣中存在?shù)量巨大的微細(xì)碳粒,這也就是我們常常看到的公交車行駛中排放的“黑煙”,這些顆粒物如果被人體吸入就會產(chǎn)生各種呼吸道疾病。柴油車尾氣顆粒物過濾的途徑是讓尾氣通過一種“壁流式”的蜂窩陶瓷,這種材料通過一定的模具擠出成型獲得類似于馬蜂窩一樣的結(jié)構(gòu),但是蜂窩結(jié)構(gòu)的孔道分別在兩端被一隔一地堵上,因此當(dāng)尾氣從入口孔道進(jìn)入后必須流過蜂窩陶瓷孔道的壁,并從出口孔道排出,這也就是這種蜂窩陶瓷被稱為“壁流式”的原因。因?yàn)闅怏w分子非常小,所以很容易通過疏松多孔的孔壁材料,而尾氣中的顆粒物則被捕集在孔壁表面。但是,當(dāng)捕集的顆粒物數(shù)量達(dá)到一定程度時(shí)就需要通過燃燒碳粒,再生過濾器,這樣才能降低氣流阻力,繼續(xù)正常使用。
高溫廢氣的除塵也是多孔陶瓷的一個(gè)應(yīng)用典范。在發(fā)達(dá)國家,利用多孔陶瓷除塵是一種最新、最有效的高溫?zé)煔獬龎m技術(shù),我國有熱電廠幾百座、工業(yè)鍋爐幾十萬臺,每年排放的煙塵高達(dá)一億噸以上,造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題,如果采用多孔陶瓷除塵將帶來巨大的環(huán)保效益。
3.催化劑載體。很多污染物都需要在催化劑的作用下進(jìn)行催化處理,但是催化劑必須涂覆在一種載體上才能有效的起作用。與金屬、高分子等材料相比,陶瓷材料更適用于各種高溫、腐蝕性環(huán)境,因此被廣泛應(yīng)用在催化劑載體領(lǐng)域。目前得到廣泛應(yīng)用的多孔陶瓷催化劑載體包括用于化工領(lǐng)域的陶瓷膜和用于汽車尾氣凈化的蜂窩陶瓷,具體而言是在多孔陶瓷基體上形成高比表面積的過渡層材料,然后將催化劑負(fù)載于這層高比表面積的過渡層上,就構(gòu)成了一組催化反應(yīng)器。比如汽車尾氣中的氮氧化物、一氧化碳等對人體有害的氣體就可以通過催化轉(zhuǎn)化作用變成氮?dú)夂投趸歼@些沒有毒性的氣體排放到大氣中。雖然起催化作用的是催化劑,但是多孔陶瓷支撐體起到了提供催化反應(yīng)器和分散催化劑的重要作用,而且支撐體本身性能的優(yōu)劣(化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性等)將直接影響到催化劑效能的發(fā)揮。
4.保溫隔熱材料。多孔陶瓷具有較高的氣孔率和較低的基體導(dǎo)熱系數(shù),所以這種材料具有很好的隔熱保溫效果。利用多孔陶瓷的這種優(yōu)點(diǎn)可以將其用于各種防止熱輻射的場合,以及用于保溫節(jié)能方面,因此從環(huán)保和節(jié)能兩方面來說都是有利的。舉個(gè)例子,當(dāng)冬天或者夏天我們在室內(nèi)打開空調(diào)的時(shí)候就需要房屋具有良好的隔熱能力,否則室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)就很難實(shí)現(xiàn)。如果房屋的隔熱效果很差,那就像開著門窗讓空調(diào)工作一樣,基本上不能達(dá)到調(diào)節(jié)溫度的效果,而且因?yàn)榭照{(diào)不停地工作而帶來了電能的巨大消耗。使用多孔陶瓷制備的建筑材料就可以讓房屋具有非常好的保溫隔熱效果,這種先進(jìn)的材料目前在國內(nèi)部分新建的住宅小區(qū)和辦公樓中已經(jīng)得到應(yīng)用。除了日常生活中的應(yīng)用,多孔陶瓷在航空航天領(lǐng)域也有著重要的應(yīng)用,比如航天器的熱保護(hù)系統(tǒng)就廣泛采用了多孔陶瓷材料。
5.燃料電池材料。為了緩解能源危機(jī),尋找新的能源,人們提出了使用燃料電池技術(shù)來發(fā)電,具體而言就是采用氫氣、甲烷等燃料通過電化學(xué)反應(yīng),將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。歷史上燃料電池應(yīng)用的范例是它曾“參與”了20世紀(jì)60年代末美國的“阿波羅”登月計(jì)劃。該項(xiàng)技術(shù)采用了清潔的原料,發(fā)電過程沒有污染排放,是一種綠色能源技術(shù),因此得到了世界各國的廣泛關(guān)注,并且已經(jīng)成為當(dāng)今科技競爭的前沿課題。固體氧化物燃料電池(SOFC)是目前燃料電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。