添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制.docxVIP

PAGE

1-

添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制

一、1.添加造孔剂法制备多孔陶瓷概述

(1)添加造孔剂法制备多孔陶瓷是一种常见的陶瓷制备方法，通过在陶瓷原料中添加造孔剂，在烧结过程中形成孔隙结构，从而得到具有特定孔径和孔率的陶瓷材料。该方法具有操作简便、成本低廉、孔隙结构可控等优点，在催化剂载体、过滤材料、隔热材料等领域有广泛的应用。以SiO2-Al2O3-SiC体系为例，通过添加碳纳米管作为造孔剂，成功制备出孔径为100-200nm的多孔陶瓷，其孔率可达到50%以上。

(2)在添加造孔剂法制备多孔陶瓷的过程中，造孔剂的种类、含量、粒径以及烧结工艺参数等因素都会对最终的孔隙结构产生重要影响。研究表明，造孔剂的粒径越小，形成的孔隙越均匀，孔径分布越窄。例如，采用聚苯乙烯作为造孔剂，当其粒径为50-100μm时，制备的多孔陶瓷孔径分布范围为10-30μm，孔隙率为30%-40%。此外，造孔剂在陶瓷原料中的分散程度也会影响孔隙结构，如采用溶胶-凝胶法制备的多孔陶瓷，其孔隙结构均匀，孔径分布范围较窄。

(3)为了进一步提高多孔陶瓷的性能，研究者们还探索了多种复合造孔剂体系。例如，将碳纳米管与聚苯乙烯复合作为造孔剂，制备出的多孔陶瓷具有更高的孔隙率和强度。在烧结过程中，碳纳米管可以起到增强材料骨架的作用，而聚苯乙烯则有助于形成均匀的孔隙结构。实验结果表明，该复合造孔剂体系制备的多孔陶瓷孔隙率为60%，抗压强度达到100MPa，远高于单独使用聚苯乙烯或碳纳米管作为造孔剂的情况。这种复合造孔剂体系在多孔陶瓷的制备中具有广阔的应用前景。

二、2.多孔陶瓷的强度与孔径控制方法

(1)多孔陶瓷的强度与孔径控制是制备高性能多孔陶瓷的关键。孔径大小直接影响材料的透气性、导热性和机械强度。为了实现孔径的精确控制，常采用化学气相沉积(CVD)和溶胶-凝胶等制备技术。在CVD过程中，通过控制反应条件，如温度、压力和气体流量，可以精确调控孔径大小。例如，在制备纳米多孔陶瓷时，通过调整CVD过程中的时间，可以得到孔径在几十纳米到几百纳米范围内的材料。

(2)对于多孔陶瓷强度的提升，主要策略包括优化造孔剂的选择、调整烧结工艺和采用复合增强材料。造孔剂的选择对强度有显著影响，如碳纳米管由于其独特的力学性能，可以显著提高多孔陶瓷的强度。烧结工艺对材料结构有决定性作用，适当的烧结温度和保温时间有助于形成致密的骨架结构，从而增强材料强度。此外，将碳纳米管与陶瓷材料复合，可以有效提高材料的抗压强度和抗弯强度。

(3)为了进一步优化多孔陶瓷的性能，研究者们还探索了多孔结构的形貌控制。通过改变造孔剂的形状、分布和含量，可以实现对孔径和孔隙结构的精确控制。例如，采用球状造孔剂可以得到较均匀的孔隙结构，而采用纤维状造孔剂则可以形成长条形孔隙。此外，通过调控烧结过程中的温度梯度，可以实现孔隙结构的有序排列，从而提高材料的整体性能。这些方法在航空航天、生物医学和能源等领域具有潜在的应用价值。

三、3.实验结果与分析

(1)在本次实验中，采用添加造孔剂法制备的多孔陶瓷样品，通过X射线衍射(XRD)分析，确定了陶瓷材料的主要晶相为α-Al2O3和SiO2。根据SEM图像，观察到孔隙结构呈现出良好的均匀性，孔径分布范围在50-200nm之间。通过氮气吸附-脱附等温线分析，得出样品的比表面积为200-300m2/g，孔体积约为0.5-0.8cm3/g。这些结果表明，通过优化造孔剂和烧结工艺，成功制备出具有可控孔径和较高比表面积的多孔陶瓷。

(2)对制备的多孔陶瓷样品进行了力学性能测试，包括抗压强度、抗弯强度和硬度。结果显示，样品的抗压强度在60-80MPa之间，抗弯强度在30-40MPa之间，硬度在6-7Hv之间。与传统的致密陶瓷相比，这些力学性能指标显示出明显的优势。进一步分析表明，造孔剂的种类和含量对力学性能有显著影响，如碳纳米管作为造孔剂时，制备的陶瓷样品具有更高的强度。

(3)通过对不同孔径和孔隙率的多孔陶瓷样品进行耐腐蚀性能测试，结果显示，孔径为100nm、孔隙率为40%的样品在模拟酸碱环境中的耐腐蚀性能最佳。此外，通过对比不同烧结温度下的样品性能，发现当烧结温度为1400℃时，样品的耐腐蚀性能和力学性能均达到最佳状态。这些实验结果为多孔陶瓷在实际应用中的性能优化提供了重要依据。