1、第28卷第1期 山东陶瓷2005年2月SHlANDONG CERAMICSV0128 No1Reb2005科学实验 文章编号：1005-0639200501-0003-03以淀粉作造孔剂制备多孔陶瓷陈艳林1，严海标1，冯晋阳2(1湖北工业大学，武汉430068；2武汉理工大学硅酸盐实验中心，武汉430070)摘要：本文选用了普通陶瓷原料粉为主要原料，适当添加造孔剂和高温活性剂，经半干压成形，常规烧成，制备出了表观密度为1151529era3；显气孔率为309477；抗压强度为142。216MPa的多孔陶瓷。并对工艺参数的影响及微观结构进行了分析。关键词：多孔陶瓷；气孔率；造孔剂中图分类号：TQ
2、l7475+8文献标识码A1前言多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，也可称为气孔功能陶瓷。很早以前人们就使用多孔陶瓷材料，例如人们使用活性炭吸附水分，吸附有毒气体，用硅胶来做干燥剂，利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料。现在，多孔陶瓷，尤其是新型多孔陶瓷的应用范围更广了。在热工上利用其多孔、耐热、耐蚀等，用作隔热、换热材料；在化工生产中用作催化剂载体和过滤、分离装置；还被作为吸声材料等；有复合功能的多孔陶瓷能在更新的技术领域得到应用，如多孔硅用于发光材料；有敏感功能的多孔陶瓷被用做传感器；纳米结构的多孔陶瓷，还可以再进行加工，制备新型材料等等【2,4,7 J。总之，多孔陶瓷具有低密度、高气孔率、抗腐蚀、耐高温
3、和使用寿命长等优点，能在较大温度范围内正常工作，适用于饮料、酿酒、医药、食用油、污水处理、石油化工、催化剂载体以及环保等领域的各种超精密和无菌过滤。该类陶瓷成本低廉、制造工艺简单、性能优良具有广阔的发展空间。根据使用目的和对材料性能要求的不同，人们已经开发了多种多孔陶瓷的制造工艺，如机械挤出成孔、添加造孔剂、发泡、有机泡沫体浸渍、溶胶凝胶工艺等。如果多孔陶瓷还要具备匹配的其它性能，尤其是骨架性能，则还需从这种综合陶瓷材料的制备考虑【5 oJ。本文所述实验利用普通陶瓷原料为主，适当添加有机造孔剂和高温粘结剂，用普通烧结方法制备出气孔率较大、气孔分布均匀、抗压强度较大收稿日期：2004-10-25
4、的多孔陶瓷。2实验21实验原料实验原料的来源见表1。22实验配方及工艺流程在大量实验基础上优选出石英基多孔陶瓷坯料的配方(埘)：石英70；玻璃粉15；碳酸钙5；碳酸镁5；粘土5；淀粉分别选用5、10、15、20做4组实验。制备工艺流程如下：原料加工一配料一湿法球磨一脱水(干燥)一成形一干燥一烧成一性能测试在坯体成形过程中，成形的压力至关重要。成形压力过大，烧结时坯体极易分层、剥裂；成形压力过小，烧成的制品虽然外表没有缺陷，但制品强度低没有使用价值(烧成曲线见图1)。经反复实验成形压力在575MPa为宜。表1 原料来源原料名称 生产厂家石英(si02)化学纯碳酸钙化学纯碳酸镁玻璃粉粘土淀粉湖北蕲
5、春县大同石英砂厂天津博迪化工有限公司天津博迪化工有限公司天津博迪化工有限公司武汉劲河化工有限公司市售万方数据4 山东陶瓷 第28卷小时h图1淀粉作造孔剂时的烧成曲线23多孔陶瓷的性能表征与检测采用煮沸法测定多孔陶瓷的显气孔率、吸水率和体积密度。用日本电子株式会社的JSM一5610LV型扫描电子显微镜分析烧成样品的微观结构形貌。用LI一5型拉力试验机测得抗压强度。3结果与讨论31造孔剂含量对多孔陶瓷性能的影响造孔剂的选择不仅要保证造孔剂在高温下被完全烧尽或完全分解为气相，还要考虑所形成的孔径尺寸与石英骨料堆积形成的孔径成梯度分布，本实验选用淀粉。表2为淀粉作造孔剂，在10000C烧成温度下保温3
6、0min的样品性能随造孔剂含量的变化关系。从表2中可以看出，在骨料和造孔剂颗粒尺寸一定的条件下，随造孔剂含量的增加，气孔率随之增大，而体积密度与抗压强度则随之下降。这是因为在多孔陶瓷坯体的成形过程中，随着造孔剂含量的增大，在烧结后的坯体中留下的空隙和空洞的总体积也随之增加，颗粒间的堆积自然不够紧密，所以气孔率明显增大，而体积密度和抗压强度则必然减少。表2淀粉作造孔剂含量对多孔陶瓷性能的影响上述测试表明，增加造孔剂的含量可提高多孔陶瓷的气孔率，但样品的体积密度、抗压强度有逐渐降低的趋势。在本实验中，当造孑L剂含量超过25时，烧出的陶瓷易出现裂纹，甚至出现开裂现象，很难得到外表美观的多孔陶瓷。因此
7、配料中造孔剂的加入量不宜过高。32保温时间对多孔陶瓷性能的影响表3是含淀粉(10)多孔陶瓷在10000C时不同保温时间下的实验结果。由表3可看出，随着保温时间的延长，样品的真气孔率明显下降，当保温时间超过1h后，试样的气孔率下降不大。而样品的体积密度、抗压强度则随保温时间的延长有一个相反的变化趋势。这是因为随着保温时间的延长，粘结剂熔融相明显增多，使石英骨料颗粒结合得更为紧密，致密化程度明显提高，真气孑L率明显下降，体积密度、抗压强度则相对明显增大。当保温时间超过1h后，由于粘结相已全部熔融，故多孔陶瓷各项性能指标变化不是很大。所以要想得到性能优异的多孔陶瓷，保温时间一定要适宜，不易过长。表3
8、保温时间对多孔陶瓷性能的影响(1000。C)(造孔剂选用淀粉10)34多孔陶瓷的微观结构及扫描分析图2ff、b、e、均为以(10)淀粉为造孔剂制得多孔陶瓷的扫描电镜照片。从图2中可以看出，样品中的微孔所占比例很大，具有很大的比表面积。另外，微孔非常发达，形态不规则，以三维交错的网状孔道贯穿其中，分布较均匀，孔径大致可分成两个系列：一部分孔径接近毫米级03lmm，肉眼可以看到；另一部分为微米级微孔，通过扫描电镜放大后清晰可见，孔径大约在1100pro之间。这两种孔径主要都是由造孔剂炭化后留下的(其中小孔也有石英堆积形成的)，出现大孔和小孔是由于造孔剂分布不均匀所造成，不过孔径可较好地成梯度分布。
9、万方数据第l期 陈艳林等：以淀粉作造孔剂制备多孔陶瓷 5abC图2多孑L陶瓷的微观结构及扫描分析4结论41以普通陶瓷原料粉(主要成分石英)为主要原料，加人一定的有机造孔剂，用玻璃粉做粘结剂，采用半干压成形(成形压力50。75MPa)，在1000。C下保温30min左右可烧成制得气孔率309。477、体积密度115152：gem3、抗压强度142216MPa的多孔陶瓷。42通过扫描电镜分析，样品中有大量三维网状微孔，孔径呈两个系列分布，即03。lmm和1100tan。43造孔剂含量、烧成制度与保温时间对多孔陶瓷的性能有较大的影响。在10000C的烧成温度下，其体积密度、抗压强度随造孔剂含量的增加
10、和保温时间的缩短而减小；其气孔率随造孔剂含量的增加和保温时间的缩短而增大。参考文献1段曦东等多孔陶瓷的制备。性能及应用陶瓷研究1999，14(3)：12172 苏学均等硅藻土基多孔陶瓷的制备及性能研究中国陶瓷2002，38(4)：143 曾智强等氧化铝多孔陶瓷制备工艺的研究佛山陶瓷1996，18(1)：12154范恩来等多孔陶瓷材料的开发河北陶瓷1995，23(1)：283l5 夏光华等高孔隙率多孔陶瓷滤料的制备陶瓷学报2004，25(1)：24276朱新文等多孔陶瓷的制备、性能及应用：(1)多孔陶瓷的制造工艺陶瓷学报2003，24(1)：40437臧估微孔碳化硅过滤材料的研究西安交通大学学报
11、200034(2)：56588Sridhwaret a1Advance in Porous Materials AmeMatSciResSePro1995Fabrication of Porous Ceramic with Starch as the Pore-forming AgentCHEN Yanlin 1，YAN Haibiao 1，FENG Jinyan92(1 Hubei University of Technology，Wuhan 430068；2 Laboratory of Siliate，WuhanUniversity of Technology，Wuhan 430070)A
12、bstract In this exeperiment，we use common ceramic material powder as mail material and organic powder asporeforming agent；after half-dry press mold and general sintering，porous ceramicmaterial were producedits changas follow：density(1151529cm3)；prosity(309一477)and comporessive strength(142216MPa)The
13、 microstructure and effect of technology parameters were detailedly analysedKey words Porous Ceramic；Porosity；PoreForming Agent万方数据以淀粉作造孔剂制备多孔陶瓷作者： 陈艳林， 严海标， 冯晋阳， CHEN Yah-lin， YAN Hai-biao， FENG Jin-yang作者单位： 陈艳林,严海标,CHEN Yah-lin,YAN Hai-biao(湖北工业大学,武汉,430068)， 冯晋阳,FENGJin-yang(武汉理工大学硅酸盐实验中心,武汉,430
14、070)刊名： 山东陶瓷英文刊名： SHANDONG CERAMICS年，卷(期)： 2005,28(1)被引用次数： 4次参考文献(8条)1.段曦东 多孔陶瓷的制备、性能及应用 1999(03)2.苏学均 硅藻土基多孔陶瓷的制备及性能研究期刊论文-中国陶瓷 2002(04)3.曾智强 氧化铝多孔陶瓷制备工艺的研究 1996(01)4.范恩来 多孔陶瓷材料的开发 1995(01)5.夏光华 高孔隙率多孔陶瓷滤料的制备期刊论文-陶瓷学报 2004(01)6.朱新文 多孔陶瓷的制备、性能及应用:(1)多孔陶瓷的制造工艺期刊论文-陶瓷学报 2003(01)7.臧佶 微孔碳化硅过滤材料的研究期刊论文-
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