第3章 1多孔陶瓷材料.ppt

　　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。 　　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。 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。 　　利用多孔陶瓷吸附湿气的性能而制成的湿度传感器已实际应用。 　　多孔陶瓷用作测量压力及红外发射、吸收等元件，也是当前研究开发的课题。 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。 　　在高效电池中，多孔陶瓷作为碱性电池隔膜也已取得成功。 　　例如，采用微孔玻璃质烧结体可透过28nm的水分子又可阻止43.4nm的水化钠离子及36.8nm的水化氯离子的通过。 5.6 降低噪声 　　利用多孔陶瓷的孔道阻尼作用可使高速排气管的排气速度降低。如排气速度降低1/2，则噪声衰减24dB。 　　中国在实际应用中取得了降低噪声25～35dB的效果。 陶瓷料浆的组成 原料 一般含量/ % 较好含量/ % Al2O3 Cr2O3 AlPO4 膨润土 高岭土 40~95 1~25 0.1~12 0.1~12 2.1~25 45~55 10~17 0.5~2 2~5 12~17 　　组成原料的作用 　 Al2O3---基体材料，它与铜、铝熔体不起化学反应； 　　Cr2O3---与Al2O3配合，有很好的耐高温性能和抗金属熔体腐蚀性能； 　　膨润土---泡沫结构材料的粘结剂，烧结时产生玻璃相，增加流动性； 高岭土---与膨润土有相似作用； 　　AlPO4---是一种空气固化剂或粘结剂，无需加热即可使陶瓷浆硬化(但最好还是经烘干)，它与金属熔体不起化学反应。 　　AlPO4最好配成50％水溶液使用。 4、多孔陶瓷的形成机理 　　(1) 利用骨料颗粒的堆积，粘接形成多孔陶瓷。 　　多孔陶瓷形成过程中，传质过程是不连续的。骨料颗粒间的连接主要有以下两种方式： 　　① 依靠添加与其组分相同的微细颗粒，利用其易于烧结的特点，在一定的温度下，将大颗粒连接起来。 　　②使用一些添加剂，它们在高温下或能生成膨胀系数和化学组分与骨料相匹配又能与骨料相浸润的液相，或是能与骨料间发生固相反应将骨料颗粒连接。 骨料颗粒堆积、粘接而形成的多孔陶瓷 　　每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连接(见下图)，形成大量的三维贯通孔道。 　　一般来说，利用骨料颗粒的堆积、粘接所形成的多孔陶瓷材料中，有下面的规律： 　　　骨料颗粒尺寸越大，形成的平均孔径越大； 　　骨料颗粒尺寸分布范围越窄，所得到的多孔陶瓷微孔的分布就越均匀。 　　由于添加剂与骨料间可能发生固相反应、扩散、液相浸润、液相反应等相互作用，使多孔材料在烧成时产生一定的收缩。 　　因此，添加剂的种类、数量、烧成温度、时间、气氛等因素均对材料的孔结构产生影响。 　　添加剂量增多时，气孔率及平均孔径都会减少； 　　烧结温度过高或烧结时间过长，形成的液相会填充孔隙，也会降低气孔率或形成闭气孔。 　　(2)　利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷料浆，而后在高温下燃尽载体材料而形成孔隙结构。 　　如采用聚氨酯泡沫塑料作为多孔载体，可以制成孔结构与原泡沫塑料相同的泡沫陶瓷。 　　根据需要，可选用不同孔结构的载体。 　　选用载体时，应遵循的原则是，载体有足够的弹性和强度，可以支撑所吸附的湿物料而不致于使孔闭合。 　　料浆干燥后，生坯在较低温度下进行排塑，这时升温速度应缓慢，以防泡沫塑料过快燃尽而使孔坍塌。 　　待泡沫塑料燃烧挥发后，再以较快速度升温，高温下陶瓷物料烧结，但仍保持了原有骨架而生成所需的泡沫陶瓷。 　　这样制备的多孔陶瓷，气孔率可达80％～90％。 　　(3)利用某些外加剂在高温下燃尽或挥发而在陶瓷体中留下孔隙。 　　通常由颗粒堆积而形成的多孔陶瓷的气孔率的实际范围为25％~35％，因此在需要高气孔率的情况下，往往在配料中加入碳粉、碳黑等。这些物质在高温下燃烧挥发而留下孔隙。 　　利用该法可制各出气孔率高于60％的多孔陶瓷。 　　另外，添加可燃尽物质的数量和尺寸，将对材料的气孔率、最大孔径会产生影响，并降低材料的强度。 　　(４) 利用材料的热分解、相变、离析而形成小孔隙。 5 多孔陶瓷的应用 5