秋综合试验报告.doc

摘要 多孔陶瓷材料是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料、经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的一种多孔性陶瓷材料、具有耐高温，高压、抗酸、碱和有机介质腐蚀，良好的生物惰性、可控的孔结构及高的开口孔隙率、使用寿命长、产品再生性能好等优点，可以适用于各种介质的精密过滤与分离、高压气体排气消音、气体分布及电解隔膜等。目前多孔陶瓷主要用于高温金属熔体过滤、矿浆脱水和物料干燥、汽车尾气净化等工业工况。 关键词：碳化硅 多孔陶瓷 高温烧结 一、课题研究的背景 多孔陶瓷是由美国科学家于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，用于铝合金制造中的过滤，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，技术装备和生产工艺日益先进，产品一系列化和标准化，形成一个新兴产业。 相比之下，国内在多孔陶瓷材料产业发展方面与国外先进国家相比存在明显不足，其中一方面是国内多孔陶瓷材料的发展技术不平衡，其二是国内绝大多数对多孔陶瓷材料缺乏必要的了解。近年来，在国家科技攻关政策的扶持下，尤其是在国家环保、节能政策的引导下，国内多孔陶瓷材料及膜材料技术有了较快的发展，产业化及市场化规模逐渐扩大。如中材高新材料股份有限公司(山东工业陶瓷研究设计院)在长期研究、开发多孔陶瓷材料基础上，近几年在国家几项重大科研项目支持下，目前已在陶瓷微滤材料、高温陶瓷过滤材料及膜材料方面逐渐形成了自己的技术优势，并且在产品市场推广和产业化方面有了一定规模。江苏省九吾高科技发展公司、合肥世杰膜工程有限责任公司等在陶瓷膜材料制备技术方面也在一定程度上达到国外先进水平。不容讳言，多孔陶瓷材料由于受产品制造水平及应用技术的限制，目前在国内过滤分离领域所占的市场份额较小，产品的产业化水平普遍较低。但可以预言，随着国内化工形式好转、能源和环保产业政策的扶持以及国外同行业技术的不断发展和应用市场的不断扩大，多孔陶瓷材料产业在国内将会迎来更好的发展前景。 多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷，是一种新型陶瓷材料，是由骨料、粘结剂和增孔剂等组分经过高温烧成的，具有三维立体网络骨架结构的陶瓷体。多孔陶瓷的种类繁多，其分类也有多种方法。按孔径大小分类可分为：微孔陶瓷（孔径小于2nm）、介孔陶瓷（孔径介于2-50nm）和宏孔陶瓷（孔径大于50nm）三类；按孔的形状结构分类分为：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷三种；按孔隙之间的关系可分为：闭气孔和开气孔两种。 多孔陶瓷材料孔道分布较均匀，便于成型机烧结，具有化学稳定性好，质轻，耐热性好，比表面积大，良好的抗热冲击性质等特性。随着现代科学技术的发展，新型多孔材料受到人们的关注，现已广泛应用于国民生产的诸多领域，如保温隔热材料、过滤器材料、催化剂载体、吸音、隐身材料等，而其节能及过滤等方面的研究与开发，都使得多孔陶瓷作为环保型绿色材料有着广阔的应用前景。多孔SiC 陶瓷具有低热膨胀系数、高热传导率、良好的力学性能和化学稳定性，广泛应用于熔融金属过滤器、高温气体过滤器、催化剂载体、热绝缘体等领域。 陶瓷与金属合金复合制备耐磨、耐腐蚀、耐热材料是其应用的另一个新思路。目前研究学者在陶瓷颗粒增强金属基复合材料方面作了大量的工作，但一直存在 陶瓷颗粒难以均匀分布、陶瓷体积分数难以控制等难题，用多孔陶瓷与金属合金复合可解决此类问题。本次试验通过挤出成形工艺制备蜂窝形多孔SiC 陶瓷坯体。 二、碳化硅多孔陶瓷的制备原料 原料采用工业用SiC 粉、高岭土、二氧化硅、长石和羧甲基纤维素. 陶瓷粘结剂由高岭土、长石和二氧化硅组成, 将65wt%长石、12wt%高岭土和23wt%二氧化硅球磨混合, 球磨介质为无水乙醇,球磨时间为36h. 球磨后陶瓷粘结剂粉料的平均粒径为5μm. 另外, 用去离子水配制2wt%的羧甲基纤维素水溶液. 把SiC 粉料和羧甲基纤维素溶液按质量比10:1 的比例混合均匀, 然后加入适量的陶瓷粘结剂搅拌均匀. 然后将6%作为造孔剂的石墨(平均粒径为10μm)与前面制备的含有陶瓷粘结剂的SiC粉料混合均匀. 将此混合好的粉料单向压成φ50mm的圆片.多孔陶瓷的气孔率采用阿基米德排水法测定,使用去离子水作为浸泡介质. 将烧结后的陶瓷用扫描电子显微镜观察试样的形貌. 三、多孔SiC 陶瓷挤出成形工艺研究 挤出成形浆料的配制：选取两种粒度的SiC 颗粒，分别为14 和3.5 μm，作为浆料的主要成分。为了使浆料具有较好的塑变流动性和成形性，需要在浆料中添加石油焦、蓖麻油、丙三醇、HPMC 等有机物，各有机成分的作用分别为：石油焦起碳源的作用，与烧结时的硅反应生成新的SiC，将原来的两种SiC 颗