泡沫陶瓷范文

泡沫陶瓷范文第1篇

关键词：低成本泡沫陶瓷制备工艺矿渣

前言

20世纪70年代起发展起来的泡沫陶瓷,是一种具有高温特性的泡沫材料，孔径从纳米级到微米级不等,气孔率在20%～95%之间，具有比表面积大、强度高、耐高温、耐腐蚀、对流体自扰性强、再生简单、使用寿命长等诸多优点。

利用泡沫陶瓷吸收能量的性能,可用作各种吸音材料、减震材料等;利用低密度、低导热系数的特点,可制成各种保温材料、轻质结构材料等。此外，泡沫陶瓷还广泛应用于航空航天、电子信息、污水治理及其他新的应用领域。

但是随着泡沫陶瓷的应用领域不断拓展，降低成本的呼声日益增高。泡沫陶瓷低成本制备方法的研究成为泡沫陶瓷领域一个重要发展方向。解决思路有以下三种：从原料上控制成本，如采用矿渣系原料；简化现有的泡沫陶瓷制备工艺；采用新的泡沫陶瓷制备方法。总之简单、经济、实用的泡沫陶瓷制备方法的研究是十分必要的。

1.矿渣系泡沫陶瓷

根据材质不同，泡沫陶瓷的主要有:高硅质硅酸盐材料，铝硅酸盐材料，精陶质材料，硅藻土质材料，纯碳质材料，刚玉和金刚砂材料，堇青石、钦酸铝材料，以及用废渣构成的材料。现在研究比较热点的是用粉煤灰、煤矸石等工业废渣，陶瓷厂、玻璃厂等工业废料，建筑垃圾等建筑废渣制取泡沫陶瓷。

吴兴才等人利用煤矸石制备了微米级泡沫陶瓷【1】，上海应用技术学院材料系以粉煤灰为主要原料、粘土为粘结剂，成功地开发出轻质泡沫球形生物滤料【2】。

但利用废料制备出的泡沫陶瓷整体表现出一些问题：废料利用率不高，能耗巨大，产品性能不稳定，且和化工原料制备的泡沫陶瓷性能相差甚大，这些问题都有待进一步解决。

2.泡沫陶瓷制备工艺

制备工艺的条件越亲和，制备工艺和设备越简单，生产的成本也就越低。目前常用的泡沫陶瓷制备方法有添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法、溶胶凝胶法等。研究比较活跃的新方法有采用溶胶一凝胶代替陶瓷浆料浸渍有机泡沫制备泡沫陶瓷、天然高分子固化法【3～4】、仿生结构复制法【5】、泡沫注凝法【6】、冷冻干燥制备工艺【7】等。

2.1传统制备方法

添加造孔剂法，由于工艺简单、成型方法灵活多样，通过工艺改进，有很大潜力实现低成本化制备。注浆成型能使陶瓷粉料与造孔剂较好地混合,使泡沫陶瓷气孔分布均匀,且设备简单,是制备泡沫陶瓷常用的方法；模压成型的最大优点是简单方便,如果对制品的质量要求不高,较小的片状、块状或管状的泡沫陶瓷都可用模压成型的方法制备。烧结方面，提高烧结体的强度，需提高烧结温度,延长烧结时间,但会降低制品的气孔率。这目前仍是泡沫陶瓷实用化面临的问题之一。

有机泡沫浸渍法，是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料,干燥后烧掉有机泡沫,是目前应用最广的泡沫陶瓷的制备方法，适于制备高气孔率,开气孔的泡沫陶瓷。浆料的制备和挂浆工艺是制约其发展的重要因素，目前要达到总够的强度，一般都需要二次挂浆，简化挂浆工艺可以进一步降低泡沫陶瓷的生产成本。

发泡法，与泡沫浸渍工艺相比,更容易控制制品的形状、成分和密度,并且可制备各种孔径大小和形状的泡沫陶瓷。但传统的方法往往对原料和工艺条件要求高，制约其成本的降低。

溶胶-凝胶法主要用来制备微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜，生产率低，成本较高。表1 比较了这几种工艺方法的特点及应用。

表1.传统泡沫陶瓷工艺方法特点

2.2新型泡沫陶瓷工艺方法

天然高分子固化法：利用某些天然高分子物质具有变性导致的液一固转变特性，在泡沫陶瓷的制备工艺中有着潜在的应用空间。蛋白质、多糖(包括淀粉、纤维素等)是这类物质的代表。毛小建等人采用木薯淀粉作为固化剂，成功制备了熔石英泡沫陶瓷【4】。该方法工艺过程简单，实用性强，逐步成为研究的热点。但是，加热过程中温度场分布不均匀，会造成气泡大小差异，甚至造成局部结构破坏。所以该方法不适合制备对孔径分布要求较高的多孔陶瓷。

仿生结构复制法：将具有多孔结构的天然木材在800～1800 ℃下和惰性气体环境中裂解可以得到与木材多孔结构几乎完全相同的碳预制体，然后以碳预制体为模板,在1600℃通过液态金属硅的渗透反应可以得到多孔碳化硅陶瓷多孔结构【5】。

冷冻干燥工艺：将陶瓷浆料进行冷冻,使溶剂从液相变成固相冰,在干燥过程中通过降压使固相冰直接升华成气相而让溶剂排除,这样就留下了开口泡沫结构,经烧结后可以得到泡沫陶瓷。水基浆料的使用形成了该工艺的一个最大优势就是与环境友好,因为其孔结构的形成是通过在冷冻干燥过程中冰的升华来完成的,其释放出来的是气态H2O ,对环境不会造成任何污染。Fukasawa 等【7】用冷冻干燥工艺制备出单峰孔(10μm) 和双峰孔(10μm和0.1μm)的多孔A12O3陶瓷。

3.低成本陶瓷的应用领域

3.1.吸声材料

噪音是一种环境公害，有碍健康，整个社会对吸音材料的需求量很大，所以作为建筑材料，成本过高将限制其使用。因此研究开发低成本的吸音材料是一个重要方向。

泡沫陶瓷具有开口气孔和连通气孔，当声波传入时，气孔内空气受力振荡，由于气孔很小，震动会受到摩擦和阻碍，导致声音震动衰减，大部分的声能转化为热能，从而起到吸声的作用。如清华大学研制的膨胀型珍珠岩装饰吸音板可用于房屋天花板的装饰，其抗弯强度达1.47MPa，平均吸音系数为25％，可作为中低档住宅、会议厅、公共场所的内装饰材料。

3.2隔热保温材料及换热材料

泡沫陶瓷中闭合气孔的存在，减少了热对流，降低了导热率，使泡沫陶瓷具有热传导率低、抗热震性能优良等特性，是一种理想的耐热材料。由泡沫陶瓷制作的典型耐热材料，使用温度高达1600℃，热阻巨大,使得它可作为隔热保温材料使用,世界上最好的隔热材料正是这类材料,称为“超级隔热材料”,其传热系数比硬质聚甲酸乙酯泡沫低上千倍，可用于高级保温,如保冷集装箱；再高级的泡沫陶瓷隔热材料还可用于航天飞机外壳,隔热质轻;还用于导弹头,做为强迫发汗体系的构件。

在民用建筑领域，可做成保温板材、墙体，起到极好的保温效果。另外，由于泡沫陶瓷的泡沫特性以及它耐热、耐蚀、不污染、经济等优点，还可用作换热材料，如用在冶金、陶瓷、石油、化工的回热上。

4.结论

简单、廉价、经济是实用化的必要前提。低成本的泡沫陶瓷制备方法研究是未来发展的一个热点。从原料上控制成本，采用矿渣系原料，兼顾环境友好；简化现有的泡沫陶瓷制备工艺；采用新的泡沫陶瓷制备方法。

参考文献

[1]吴兴才，胡多朝，鲁德忠.利用煤矸石制备微米级泡沫陶瓷[J].煤炭科学技术，1998, 16 (03): 23-24

[2]王健，金鸣林，魏林，等.用粉煤灰制备新型水处理滤料[I].化工环保，2003(12): 352-357

[3] Dhara S, Pradhan M, Ghosh D, et al. Nature inspired novel processing routes for ceramic foams [J]. Adv Appl Ceram, 2005，104 (1): 9-21.

[4]毛小建，王士维.高孔隙率泡沫陶瓷的制备方法.中国发明专利，200510027545.2. 2005.

[5]钱军民，金志浩，乔冠军.木材陶瓷研究进展[J].无机材料学报，2003, 18 (4): 716-724.

[6] Sepulveda P, Binner J G P. Evaluation of the in situ polymerization kinetics for the gelcasting of ceramic foams [J]. Chem Mater, 2001. 13: 3882-3887

泡沫陶瓷范文第2篇

[关键词]泡沫陶瓷；性能；应用

中图分类号：TQ17 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）05-151-01

一、引言

泡沫陶瓷是一种气孔率很高、密度较小并具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷制品。它具有良好的耐高温和抗干扰等性能，最早用于铝合金浇铸系统，在金属熔融过程中起到过滤的作用，从而提高制作过程的质量和效率。近年来，随着进一步的开发研究，泡沫陶瓷的应用越来越广泛，在社会生产中发挥了重要的作用，创造了良好的经济效益和社会效益。

二、泡沫陶瓷的构造性能

（一）气孔率高

泡沫陶瓷的气孔率在多孔陶瓷中是最高的，它的气孔率最高可达蜂窝陶瓷的1.5倍。正是由于泡沫陶瓷的这种高气孔率，使得它的网眼孔径能够得到有效的控制。因为在金属熔融过滤过程中，不同的金属溶液对于滤板孔径大小的要求是不一样的，而泡沫陶瓷这一特性能够很好地满足具体的需求。

（二）强度较高

泡沫陶瓷的强度是由它的制成材料和网络骨架的粗细来决定的。不同材质的泡沫陶瓷，它的强度是不一样的，而网络骨架的粗细也因为具体施工要求的不同存在着差异。为了能够提高泡沫材料的强度，满足市场的需要，通常会提高单位体积的材料密度，但是要注意对提高程度的控制。因为这会缩小泡沫陶瓷内部气孔间隙，降低气孔率。同时，由于泡沫陶瓷的三维立体结构，使得它在受力过程中，强度不会出现方向性的变化。

（三）热稳定性好

金属在熔融过滤的时候，由于工作环境温度变化快，使得过滤材料在热稳定性方面具有较高的要求。而泡沫陶瓷配件可以很好地满足这一点，所以当前金属熔融过滤中普遍的采用泡沫陶瓷过滤板。

三、泡沫陶瓷的应用

随着科学技术的发展以及社会的进步，泡沫陶瓷被广泛的应用到化工、环保、节能等各个领域，以下就它在实际生产生活中多方面的应用进行了一些分析。

（一）钢铁铸造过滤

泡沫陶瓷不单单适用于铝合金、钛合金等金属铸造过程中的过滤，也适用于钢铁铸件加工过程中对金属溶液的过滤。由于钢铁加过程中熔点非常高，所以对于泡沫陶瓷在强度和认真稳定性方面的要求要比钛、吕合金要高。这个时候，就要选择合适材质的过滤板。

（二）汽车尾气处理中的作用

当前随着任命生活水平额提高，汽车的普及率越来越高，但是大量的尾气排放到空气中产生了严重的环境污染。泡沫陶瓷可以有效的解决这一情况，降低汽车尾气的污染程度。因为泡沫陶瓷密度低、热稳定性好、耐磨、不易于汽车尾气产生化学反应的优点，被广泛的应用到汽车尾气处理装置中，它能有效的对尾气中的有害气体进行净化处理，达到保护环境的目的。

（三）噪声处理

泡沫陶瓷三维贯通的网状小孔结构，可以对噪声进行良好的处理，被广泛的应用到隧道、地铁、影院、KTV等高噪音地带。当声波传入泡沫陶瓷中时，会不断的受到内部大量网络骨架的阻隔，从而对噪声起到良好的吸附、粘滞作用，达到消除噪声污染的目的。

（四）热交换器

在高温作业环境中，泡沫材料具有良好的热辐射性能，在热能传导和多孔介质的燃烧技术中，能够起到良好的作用。由于泡沫陶瓷内部气孔率高，使得其内部表面积扩大，为热能交换提供更多的空间。把泡沫陶瓷放在钢坯加热炉烟道口，炉内高温气体可以通过泡沫陶瓷进入烟道，当泡沫陶瓷的温度与炉内相近时，可以对炉内进行反向热传导，补偿烟道口散失的热能。

（五）医疗卫生方面的应用

目前在研究领域加大了对泡沫陶瓷构成材料的研究，并取得了一些成果。特别是对羟基磷灰石生物陶瓷的研究与应用方面，取得了显著的成果，被广泛的应用于医疗卫生行业，为病患提供了很大的帮助。因为羟基磷灰石陶瓷与人体骨骼、牙齿无机质的成分极为相似，不会危害人体健康，并且具有良好的生物相容性和生物活性。泡沫陶瓷相互连通的孔隙有利于组织液的微循环，可以促进细胞的渗入和生长。。

（六）其它方面的应用

另外，泡沫陶瓷泡沫还可以做成光触媒载体，在泡沫陶瓷载体上涂覆纳米二氧化钛，在紫外线影响下，可以产生强烈的光催化氧化反应，可以应用于有机物和微生物的降解处理，达到净化空气的目的。

四、结语

随着对泡沫陶瓷以及相关制成材料研究的加深，泡沫陶瓷的身影越来越多的出现在人们的生产工作中。而且，由于泡沫材料具有使用方便、价格便宜、制造工艺简单的特点，可以通过选择材质和改善制造工艺赋予泡沫陶瓷更多的功能和用途，实现巨大的经济效益和社会效益。不过，泡沫陶瓷当前还存在着一些技术方面的问题，有待进一步的改善和提高。

参考文献：

[1]邓阳波，王玉龙，苏风民，严春吉.泡沫陶瓷太阳能吸收，转换与传递性研究[J]，太阳能学报，2012（05）.

[2]徐顺红，查振林.泡沫陶瓷在环境污染治理中的应用[J]，中国环保产业，2008（03）.

泡沫陶瓷范文第3篇

关键词：SiC泡沫陶瓷；高纯；抗热冲击性

1 前言

泡沫陶瓷是多孔陶瓷的一种，因其具有高孔隙率、耐高温、耐腐蚀、比表面积大等优点而得到广泛的应用，如：高温液体、气体过滤分离、耐腐蚀填料、催化载体等。广义上讲，具有泡沫孔洞，或用有机泡沫做填充载体、烧失得到的多孔陶瓷都可称为泡沫陶瓷。但从严格意义上来说，泡沫陶瓷是专指使用聚氨脂或其它有机材料的开孔泡沫塑料作为支撑载体，浸挂陶瓷浆料成型，之后在烧成过程中同时去除有机载体，得到的制品高孔隙率。[1]

泡沫陶瓷一般用作铸造行业的熔融金属过滤，其有堇青石、莫来石、氧化铝、碳化硅、氧化锆等等多种材质。而目前应用的较多的是氧化铝、碳化硅、氧化锆三种。其中，氧化铝泡沫陶瓷主要用于金属铝和铝合金；碳化硅泡沫陶瓷用于铸铁及有色金属；氧化锆泡沫陶瓷用于不锈钢及更高温合金等。普通的碳化硅泡沫陶瓷通常由碳化硅粉末、粘土、二氧化硅和氧化铝混合制成，[2] 在空气中的烧成温度范围为1200～1400 ℃，烧成过程中碳化硅颗粒与玻璃体或半结晶铝硅酸盐化合物结合，形成有一定强度和致密度的陶瓷体，这种制备工艺的一个特点是在烧结过程中不收缩或仅有轻微收缩，碳化硅合量一般不超过75wt%，这对于这种制品的正常使用已经足够了，因为绝大多数碳化硅泡沫陶瓷在铸造领域用作过滤器是一次性的，低含量的碳化硅可以有效降低成本和增大工艺的灵活性，由此提高生产效率。而在某些领域，如：燃烧器、柴油机尾气过滤器、加热元件、太阳能接收器等，需要更耐高温和抗热冲击性更好甚至导电的碳化硅泡沫陶瓷，现有制品中较低的碳化硅含量已经不能满足要求，而且往往需要长期重复使用。因此，需明显提高现有碳化硅泡沫陶瓷中的碳化硅含量，来提高其抗热冲击性和长期重复使用的性能。

本文选用优质高纯碳化硅粉为原料，使用少量活性添加剂，采用普通泡沫陶瓷的有机泡沫浸浆工艺成型，在惰性气氛下，采用大于1800 ℃的温度烧成，可以获得碳化硅含量>98%的碳化硅泡沫陶瓷，为高纯碳化硅泡沫陶瓷的应用提供了一项选择。

2 实验内容

2.1 实验原料

（1） 碳化硅粉：含量99.5%，平均粒经有1.2 μm、1.8 μm、18 μm、54 μm。

（2） 碳化硼粉：含量98%，平均粒经1.1～1.3μm，作为烧结助剂。

2.2 实验设备

本实验使用的主要设备是气氛烧结炉，它的特征为使用石墨发热体，炉体循环水冷，可抽真空，通气氛（本文中为Ar气），最高可烧至1950 ℃，功率为110 kW。

2.3 实验工艺

本实验所使用的工艺流程如图1所示。

（1） 配料

配料中基本配方为碳化硅粉，外加0.6wt%碳化硼（按有效硼的质量分数计算），碳化硅粉一个配方中用两种粒径的颗粒，以形成双峰颗粒分布。

（2） 浆料制备

浆料中分散介质为水；粉结剂使用水溶性酚醛树脂等树脂；悬浮液的固含量为80%左右；有机泡沫的规格为10～30 PPI（单位英寸的孔数目）。浸浆时可用离心机将多余的悬浮液去除，干燥后再重复浸浆和甩浆，这样重复多次，直到挂浆厚度、重量满意为止。

（3） 泡沫浸浆

对于规格为10 PPI（40 mm×40 mm×25 mm）有机泡沫，挂浆重量为20～25 g，即生坯密度为0.5～0.6 g/cm3，对于规格为30 PPI的有机泡沫，生坯密度为0.6～0.7 g/cm3，即25～30 g左右。

（4） 脱脂与烧结

干燥后脱脂在气氛炉中进行，控制缓慢脱脂以防开裂，通Ar气，目的是保留部分坯体中的残余碳，在随后的高温烧成过程中这些残余碳可以起到活化和助烧结作用，烧成时先抽真空，再通Ar气，最高烧成温度为1850～1900 ℃，保温2 h。因为制品SiC含量很高，具有优良的抗热冲击性，可以快速升温，在炉体水冷循环的情况下快速降温，整个烧成周期可缩至8 h。其烧成制度曲线如图2所示。

2.4 测试

（1） 强度测试

测试抗压强度，按普通泡沫陶瓷抗压强度测试方法进行。

（2） 抗热冲击性测试

为验证制品的高热冲击性，以水冷代替空冷来进行测试，将制品在空气中加热至1000 ℃后，迅速在冷水中急冷，测试之后的残余强度。

3 实验结果分析

3.1 配方选择

不同孔数的有机泡沫，其聚氨脂网络的粗细不同，10 PPI和30 PPI的有机泡沫网筋粗细有明显区别，其挂浆性能也因此不同，需要调整浆料尤其是颗粒粒径和浓度以适应上浆的需要。其配方及工艺参数详情如表1所示。

3.2 样品性能分析

Ar气高温烧成后的泡沫陶瓷样品性能如表2所示。

纯SiC的烧结需2200～2400 ℃的高温，这对设备要求很高，为降低烧成温度，常用单质硼、碳化硼等为烧结助剂，同时，单质碳也可起到活化作用。SiC是强共价键化合物，即使有助烧结剂存在，仍需很高的温度才能使颗粒颈部产生结合传质，促进烧结。本文中烧成温度为1900 ℃，制品泡沫陶瓷抗压强度接近1 MPa，基本能适应大部分的应用场合，若提升烧成温度至2000 ℃以上，有望进一步提高其强度。

与普通SiC泡沫陶瓷烧成零收缩不同，本文中样品均有烧成收缩。配方中含有较多1 μm左右的SiC细粉，在高温有助烧结剂存在时，产生传质自结合，引起收缩，同时又由于有更多的粗粉SiC存在，这种烧成收缩远比烧结纯SiC陶瓷要小很多。粗粉SiC的作用一方面是减少收缩以防止高温烧成开裂；另一方面粗粉的存在使坯体形成一部分闭气孔，这些封闭气孔可明显提高坯体的抗热冲击性能。2#样品烧成收缩略低于1#样品，是因为其配方中颗粒略粗于1#样品，相应强度也略低于1#样品，但两种样品热冲击性都很高，测试后仍有95%的残余强度。

4 结论

（1） 应用有机泡沫浸浆工艺使用高纯SiC原料，高纯配比，添加少量（0.6%）碳化硼助烧结剂，在Ar气高温1900 ℃可制备出高SiC含量的SiC泡沫陶瓷。

（2） 高纯SiC泡沫陶瓷具有优异的抗热冲击性能，为某些需要高温重复使用泡沫陶瓷制品的场合提供更多选择。

参考文献

[1] US Patent 3090094[p].

泡沫陶瓷范文第4篇

关键词泡沫陶瓷,浆料,性能

1 前 言

泡沫陶瓷是一种具有三维空间网架结构的高气孔率(80～90%)的多孔陶瓷体,由于其具有质量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单及良好的过滤吸附性等优点,被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域[1-3]。目前,泡沫陶瓷的主要制备方法有:有机前驱体浸渍法、发泡反应法、有机填积法、溶胶-凝胶法和凝胶注模法等。而国内泡沫陶瓷生产厂家多采用有机前驱体浸渍法,主要是该制备方法具有工艺简单、操作方便、无需复杂设备等优点[4],但该方法的缺点是难以成形形状复杂的泡沫陶瓷制品。

在有机前驱体浸渍法的工艺过程中,浆料的制备及浆料性能的调整是至关重要的一项工作,也是整个工艺中难度较高的工序。该过程除了要求具备陶瓷浆料的整体均匀性和微域均匀性外,还要求浆料具有尽可能高的固相含量和较好的触变性。

2浆料的制备工艺过程

浆料制备作为泡沫陶瓷浸渍法生产工艺的第一道工序,一向被视为关键工序。浆料性能的好坏直接影响多孔泡沫挂浆的效果,也对保证制品最后的强度、通孔率、体积密度等性能起到重要的作用[5]。下面介绍三种常见的泡沫陶瓷浆料的制备工艺。

2.1 干混工艺

干混工艺是指将粉料按配方称量好,根据先后顺序依次倒入机械混料机中,混料均匀后出料,再按配比加入液相粘结剂,手工搅拌后调成浆料使用。

该工艺的优点是操作简便、设备成本低、能耗小、工人劳动强度低。缺点是混料均匀性差,要求所使用的粉料具有较细的颗粒度,并且浆料具有较高的液相含量;多孔泡沫挂浆效果不好;烧成收缩较大(大于2.0%)。

2.2 湿混工艺

湿混工艺是指将粉料和粘结剂按配方称量,然后倒入机械自动搅拌机内,在规定时间内将浆料搅拌至均匀,并且使浆料具有一定的流动性。

该工艺的优点是操作简便、可较精确地控制浆料稠度、能耗小、工人劳动强度较低。缺点是混料均匀性不太好,不能达到粉体间的微观均匀性,并且要求所使用的粉料具有较细的颗粒分布。

2.3 球磨工艺

球磨工艺是指将所需原材料按配方称量后全部加入球磨机内,球磨至规定时间,浆料出球磨机陈腐一天后使用。

该工艺的优点是浆料均匀性好、具有高的固相含量、浆料触变性好、粉料颗粒要求不是很高。缺点是设备成本较高、能耗相对较大、工人劳动强度高。

3工艺试验和结果分析

分别采用干混、湿混、球磨三种浆料制备工艺进行试验对比,且三种工艺均按同一配方进行试验,配方见表1(氧化铝泡沫陶瓷生产的配方)。

其中,浆料中水的加入量按质量百分数的18～20%加入,可视多孔海绵网孔的大小而定。本次试验所采用的海绵网孔为10ppi(pore per inch,每英寸长度分布的孔数),按含水率18%加入粉料中。

3.1 干混的试验结果

按干混工艺制备浆料,磷酸氢铝按表1的配方比例换算为液体粘结剂,于粉料干混好后再加入,最后通过搅拌制得浆料。结果显示,浆料流动性较差,容易成坨。海绵挂浆效果见图1。从图1可以看出,海绵节点处浆料分布较多,而网线上浆料分布较少,甚至可以看见某些海绵网线出来,表面有轻微堵孔现象,并且上浆重量偏重。

根据以上现象分析,可能干混过程是一个颗粒之间相互交换错位的过程,由于颗粒粒径小,固相之间的混合很容易造成团聚从而使得混合不够均匀。即使搅拌非常充分,也只能达到粉体间的宏观均匀性。液相添加剂的后期加入,仅是固相和液相的简单混合,团聚的颗粒在粘结剂的包裹下更难分离,导致浆料的流动性较差,挂浆效果不够理想。

3.2 湿混的试验结果

按湿混工艺制备浆料,浆料有一定流动性,但触变性不好。海绵挂浆效果见图2。从图2可以看出,海绵挂浆后网线较细,浆料很容易从网孔中渗出,滚压不充分就会导致浆料堵孔。

因为搅拌伴随着液相与固相同时作用,且所用的设备为专业浆料搅拌机,按30kg浆料计算,搅拌时间约为25min,其所制得的浆料有较好的整体均匀性,流动性也较好。但由于粉料之间只有一个推动力作用,微细颗粒之间的团聚无外力作用使之分开,导致微域均匀性差,且浆料触变性不高。

3.3 球磨试验的结果

按球磨工艺制备浆料,浆料具有较好的触变性。海绵挂浆效果见图3。从图3可以明显看出,浆料均匀分布在海绵体内,表面平滑,网线也较粗。

球磨工艺结合了混料和球磨的双重功能,浆料在磨球的作用下不断混合。磨球之间的不断撞击,使得各种细粉原料之间的混合作用成为可能。同时,磨球还使原料中可能存在的粗颗粒细化,使浆料粒度分布均匀,提高浆料触变性,从而改善海绵的挂浆效果,烧成后产品(50mm×50mm×20mm-10ppi)的物理化学性能都较干混和湿混工艺的好,详细见表2。球磨后测得浆料的含水率为16.8%,固相含量得到相应的提高。

4结 论

通过对比干混、湿混及球磨三种工艺的优缺点,对于前驱体浸渍法制备的泡沫陶瓷工艺而言,球磨工艺制备的浆料可以明显改善海绵挂浆效果、提高制品性能,更适宜生产应用。

高的固相含量和粘着性可以保证浆料最大限度地附着在海绵网线上,从而保证产品具有高的抗折(抗压)强度。好的浆料触变性,可以使浆料均匀分布在海绵体内,并且不会出现堵孔现象,而采用球磨工艺就可以较好地达到这种效果。

参考文献

[1] 宁青菊,姚治才.多孔陶瓷材料[J].硅酸盐学报,1998, 4(1):41-45.

[2] 靳洪允. 泡沫陶瓷材料的研究进展[J].现代技术陶瓷,2005,15(8):33-36.

[3] 王连星.泡沫陶瓷的研究进展[J].耐火材料,1997,31(1):55-58.

[4] 王树海,李安明,乐红志等. 先进陶瓷的现代制备技术[M].北京:化学工业出版社,2007:344-366.

[5] 曾令可,王慧,罗明华等. 多孔功能陶瓷制备与应用[M].北京:化学工业出版社,2006:22-24.

Study of Slurry Preparation Process for Foam Ceramics

Wang XiaWang Jianxin

(Hangzhou Zhongya Special Refractory Co.,Ltd.FuyangZhejiang 311411)

Abstract: The process of slurry preparation at production technology of foam ceramics with impregnation technique was discussed in details and dry-mixed,wet-mixed and milling process about the advantages and disadvantages of slurry preparation process was contrasted respectively.And the milling technology with the best effects of improvement on slurry micro-homogeneity and product performance,is the most appropriate technology of foam ceramics'slurry production.

泡沫陶瓷范文第5篇

关键词：泡沫陶瓷；多辊；上浆机

1 前 言

随着有色金属铸造行业的飞速发展，泡沫陶瓷过滤板（器）得到越来越广泛的应用。据2010年的统计数据，铝制品铸造有约8000万吨的产量，铸造时使用的过滤板（器）80%来自国内产品，按1m3泡沫陶瓷过滤板（器）过滤1500t铝水，那么2010年铝行业对氧化铝泡沫陶瓷过滤板（器）的需求量约为4.3万m3，这个数字确实令人振奋。

随着国内工业的持续发展，2011年对泡沫陶瓷过滤板的需求还将进一步增加。但对于泡沫陶瓷生产厂家而言，改进泡沫陶瓷生产工艺、改善产品性能，成为企业争夺市场的关键。上浆是泡沫陶瓷生产过程中的一道重要工艺，上浆程度的好坏直接影响着陶瓷过滤器产品外观、通孔率及强度等性能。所谓上浆，是指将泡沫陶瓷前驱体（聚氨酯网状多孔海绵）浸渍于配好的浆料中，通过手工或机械设备将浆料均匀地附着在多孔海绵的网络上。同时，通过控制上浆后的重量来保证产品的通孔率和强度。

传统的上浆方法是把多孔海绵浸渍在配好的浆料中，通过操作人员不断地揉捏，使浆料依附在海绵的经络上；然后用木辊棒在其表面来回滚动，直到浆料均匀分布在海绵经络上。此方法的缺点是劳动强度高、效率低且浆料分布不均匀。目前厂家采用较多的是机械上浆法，但大多上浆机为三辊上浆，此上浆机在操作过程中的缺陷是过机次数较多、大件产品过机困难、过机后的重量不易控制等。本研究的目的在于提供一种能够较好地解决此类问题的设备。

2 泡沫陶瓷上浆工序

泡沫陶瓷的上浆特点在于其载体为多孔网状聚氨酯海绵，网孔呈三维立体状，如图1所示。上浆目的是将配制好的浆料均匀地挂在海绵网孔的经络上，如图2所示。

海绵载体会在后期的烧成工序中挥发，而海绵经络上的浆料则被高温烧结成瓷。因此，上浆的好坏直接影响着产品的使用性能，也是保证产品强度和通孔率的前提。

3 上浆设备的结构和工作原理

泡沫陶瓷上浆机是参考食品类加工机械改造而制成的，没有特定的行业标准或规范。因此，生产泡沫陶瓷过滤板的厂家所使用的上浆机一般都自制或委外订制，所以都不完全一样，但是大体相仿。

3.1上浆设备组成

通过对已有泡沫陶瓷上浆机的研究，并在此基础上做进一步的改造，发明了图3所示的5辊对辊上浆机，其机构组成见图3。

3.2上浆设备的工作原理

由齿轮减速电动机带动下辊筒（主动辊），下辊筒通过齿轮带动上辊筒（从动辊）实现对辊，将浸渍挂浆海绵从上、下辊筒中间进入，完成挤压上浆工序。

由于泡沫陶瓷过滤板规格较多，长宽及厚度要求的不同，上浆量要求也不一样，转速的快慢直接影响着上浆后坯体的性能，需根据海绵网孔及尺寸大小的不同，通过变频器来调节选择合适的辊筒转速。还可通过间距调节螺栓来调节上、下辊筒间距，从而调节挤压程度，控制上浆量，使上浆均匀，提高产品通孔率、强度、密度等。

由于氧化铝泡沫陶瓷和碳化硅泡沫陶瓷等浆料都呈酸性，要求上浆机的耐酸腐蚀性良好，若机身（尤其是辊筒）被腐蚀而生锈，锈迹便会带入浆料中而造成后期的产品出现锈斑，所以在设计制作时，要求对上、下辊筒进行表面镀铬处理，浆料储放箱采用不锈钢材质。

4 多辊对辊泡沫陶瓷上浆机的优缺点

4.1优点

相比于传统的手工挫揉工艺和原有的普通上浆设备，本文所改造的5辊泡沫陶瓷上浆机具有较为显著的优点：它不仅提高了生产效率，拓宽了上浆机的适用范围，生产出来的泡沫陶瓷产品也具有很好的一致性。并且产品的通孔率、强度及密度等性能都有很大改善。

生产同种规格的过滤板，采用手工上浆、普通上浆和五辊上浆三种方式，对应的工作效率、干燥后坯体质量及最终的产品性能的比较见表1。

4.2缺点

虽然现有泡沫陶瓷上浆机具有上述诸多的优点，但是其明显的缺点是横向辊间距固定，使尺寸小于200mm的过滤板无法达到均匀上浆的效果，因此建议在生产小规格过滤板时，在下辊筒安装防滑传送带，避免上浆效果不佳的问题，但操作方法比较烦琐，有待进一步提高。（下转第49页）

5 结 论

在泡沫陶瓷上浆过程中，上浆机起着极为重要的作用，新研发改造的5辊对辊上浆机在同等条件下，其工作效率为3.5 h/m3产品，干燥后坯体强度为0.4 MPa，产品通孔率为87%，产品密度为0.45 g/cm3，产品抗折强度为0.7 MPa，较好地满足了提高生产效率、改善上浆质量及产品性能的目的。今后，随着泡沫陶瓷过滤板生产工艺的不断成熟，上浆机也将实现智能机械化和自动化。

参考文献

[1] 李小龙.多孔陶瓷材料[J].中国陶瓷，2000，36(4) :36-39.

[2] 王霞.铸造用泡沫陶瓷过滤器生产工艺的研究[J].佛山陶，2008（12）.

[3] 王少怀.机械设计师手册[M].北京：机械工业出版社，1989.

泡沫陶瓷范文第6篇

关键词 聚氨酯，聚乙烯亚胺，泡沫陶瓷，活化

1 前 言

在生产泡沫陶瓷的诸多工艺中，有机泡沫浸渍工艺是制备高气孔率(70～90%)多孔陶瓷的一种有效工艺，且此工艺制备的多孔陶瓷具有开孔三维网状骨架结构[1]。这种特殊结构是过滤材料的一个显著优点[2]。因此，有机泡沫浸渍工艺得到了越来越广泛的应用。

目前，该工艺的研究还主要围绕在泡沫陶瓷的浆料配方和烧成制度等方面。其泡沫载体决定着泡沫陶瓷的形态，泡沫载体质量的好坏直接影响着泡沫陶瓷的质量，所以泡沫载体的预处理作为一项重要工序应该得到足够的重视。已有研究显示[3～6]：工业酒精的浸泡有增大聚氨酯泡沫载体孔洞直径的效果；用氢氧化钠溶液对聚氨酯泡沫载体进行水解处理可以除去载体上的网络间膜；经常作为浆料添加剂使用的聚乙烯亚胺（PEI）可以用来活化泡沫载体表面以提高载体的亲水性。目前前两种方法的研究还仅处于定性的阶段，活化处理在国内几乎还是空白。

为了完善有机泡沫浸渍工艺，提高产品性能，对泡沫载体表面处理工艺做深入研究具有重要意义。鉴于此，本文从宏观的角度分析了泡沫载体表面处理对泡沫陶瓷性能的影响。

2 试验过程

泡沫陶瓷的制备工艺流程如图1所示。

主要原料：软质聚氨基甲酸乙酯泡沫塑料（PPI:10）、工业酒精、NaOH和聚乙烯亚胺（PEI）。为研究聚乙烯亚胺（PEI）的活化效果，选用典型的水性浆料配方，浆料的原料配比如表1所示。

其中添加剂1与水的配比为1:4，添加剂2的浓度为2%。SiC、粘土均过260目筛。将聚氨酯泡沫按照40mm×40mm×19mm的规格裁成若干块，选出其中5块分别编号为A、B、C、D、E，试样A不做处理，B、C、D、E试样放入工业酒精中分别浸泡1h、2h、3h和4h。

接着除去泡沫载体上的间膜。载体的网络间膜通常不规则地存在于泡沫载体的表面和内部。为便于观察，将试样C表面具有代表性的间膜用红色塑料纸做好标记，然后投入40%的NaOH溶液中，加热到60℃，进行水解处理。每隔半小时观察一次做标记处的间膜的情况，将试验结果记录拍摄下来。

配置的聚乙烯亚胺溶液浓度分别为：1%、1.5%、2.4%、3%、4%、4.5%和5%（饱和）。将经过增大孔径和除间膜处理的泡沫载体分成7组分别放入不同浓度的聚乙烯亚胺中挤压、揉捏，使其充分吸收活化剂。再挤出多余的活化剂，用空气压缩机吹开被活化剂堵住的孔。

根据实验的需要，将处理过的和未经处理的泡沫载体分组进行吸浆成形。其分组方式如表2所示。

将几块处理好的载体，盛在高温坩埚里并放入电阻炉中加热。分别记下软化、起始发气、发气高峰、发气低谷和完全燃烧的温度。实验表明，泡沫载体在220℃时开始发黑软化；240℃时开始有少量烟气产生；300℃左右有大量烟气产生，保温一段时间变得不明显；400℃以后没有明显的烟气产生，但坩埚中仍有大量残余物质；600℃以后，坩埚中没有残余物，载体完全燃烧。烧结工艺见图2。

3 结果与讨论

3.1 增大孔洞直径处理的结果分析

使用工业酒精浸泡前后载体的尺寸及回弹能力比较如表3所示。

试验表明，随着在工业酒精中浸泡时间的延长，泡沫载体的孔洞直径会增加。但是时间以2h为宜，时间过短（如试样B所示）效果不是很明显；时间过长（如试样D和E）泡沫载体的回弹性降低，影响吸浆成形时的回弹。所以，试样C的处理方案较佳。试样C在处理前后与试样A的大小比较见图3、图4。试样A和C 原本大小相同，将试样C放入工业酒精中浸泡2h后，其尺寸涨大了大约1/5，载体的PPI降到了8个左右。故可以使用这种方法得到PPI略大的载体；对于PPI合适的载体，在不影响产品要求的情况下也可以使用该方法略微增大孔洞直径使载体能够更好地吸浆成形。

3.2 网络间膜除去的结果分析

图6、图7所示的是试样C上几处明显的间膜的处理情况。为便于观察，试验前把红色的塑料纸穿过要观察的间膜下部，起衬托的作用。试验表明，用40%的NaOH溶液对聚氨酯泡沫进行水解处理可以取得良好的效果。根据观察，水解处理2h以后，较薄的网络间膜和棱上的毛刺可以有效除去。如果超过3h，会出现部分棱变细的情况，时间过长时甚至会出现断棱。所以，为了不破坏载体的网络结构和使载体保持良好的回弹性能，较厚的间膜不易除去。

3.3 抗压强度分析

为了准确测量泡沫陶瓷的抗压强度，制作了一个直径为20mm的金属垫片，这样各组试样受力面积相同便于比较。测试结果如表4所示。

如表所示，活化剂浓度为2.4%的试样5的最大抗压强度最高。试样1和试样2虽都未做活化处理，但试样2的抗压强度略低于试样1，其原因在于试样1的堵孔比试样2多。事实证明，除间膜的处理可以减少泡沫陶瓷产品的堵孔，却对产品的强度有一定影响[7～8]。但这种影响完全可以通过活化处理来弥补。虽然9组试样的强度普遍不高，但在其它条件完全相同的情况下，试样5的抗压性能明显优于其它各组。说明活化这一环节，活化剂的浓度至关重要，活化剂浓度过低则活化效果不明显，活化剂浓度过高时，有机物挥发期发气剧烈，使得坯体开裂影响性能。

图8是试样5与试样9的表面形态的比较。可以看到，试样5挂浆比较均匀，没有发现破损的棱。而试样9的表面挂浆很不均匀且棱上有明显的裂痕。造成裂痕的原因在于活化剂浓度过高，引入了大量的有机物，致使烧结时在有机物挥发阶段发气比较剧烈，坯体内部压强急剧增高，气体冲破了载体上附着的陶瓷壁。试样5的抗压曲线如图9所示。

由图9可见：泡沫陶瓷材料在受压缩变形直到断裂的全过程中没有发生塑性变形，在孔洞还没有被压实前骨架就已经断裂，试件的顶部（与垫片接触处）首先被压碎。这是因为这种泡沫陶瓷的骨架为陶瓷，是一种脆性材料[9～10]。受到压缩时，随着外加荷载的增加，骨架所承受的力超过其断裂强度时，便发生脆性断裂[11]。骨架的变形主要由局部断裂产生，骨架的局部断裂形成裂纹，随着压力增大裂纹逐渐扩展形成通裂纹，试件被破坏。由于在某一瞬间承受荷载的只是某一截面上的某些陶瓷网络，当压缩应力达到一定值时，负载的陶瓷网络即将断裂时，力很快传递到另外的某些陶瓷网络上，如此不断地传递直到所有的网络断裂[12]。因此其应力-应变曲线表现为不断波动的曲线。

4 结 论

（1） 用工业酒精进行浸渍对聚氨酯泡沫载体进行增大孔洞直径的处理和用浓度为40%的NaOH溶液在60℃下对泡沫载体进行水解处理除去网络间膜的最佳时间为2h；

（2） 对泡沫载体进行活化处理的方法是让载体表面均匀地附着一层PEI。活化液的浓度以2.4%左右为最好。PEI既是活化剂，本身又是有机物。浓度小时不能达到良好的活化效果，浓度过大又会由于引入大量的有机物而使坯体烧结过程中有机物挥发阶段发气剧烈，使得坯体开裂；

（3） 聚氨酯泡沫载体在240℃左右开始发气，300℃左右发气出现高峰，直到600℃有机物才能完全挥发。600℃以前的坯体强度很低，容易受到有机物发气的影响，所以升温速度一定要慢。

参考文献

1 房文斌.过滤对球墨铸铁流动过程及力学性能影响的研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学工学博士学位论文，2001，1～6

2 Grote R E.Use of ceramic foam filters in the production of steel castings[A].Proceedings of AFS Seminar Filtration of FerrousMetals[C].1985.13～14

3 王耀明.多孔陶瓷及其应用[J].河北陶瓷，1988，12（3）:12～14

4 Casfledine T J. Use of filter materials in gating systems[J]..Foundry Trade Journal, 1985，6(6)：15～21

5 Khan P R，Su W M.Flow of ductile iron through ceramic filters and the effects on the dross and fatigue properties[J].AFS Trans actions[J].1987，(95):105～112

6 Hack J A，Clark H，Child N.The filteration of steel castings[J].The Foundryman，1990，9(4):183

6 王连星等.多孔陶瓷材料[J].硅酸盐通报,1998，(1):41

7 殷声等.MgO部分稳定ZrO2泡沫陶瓷的研究[J].硅酸盐通报，1994，15(4):32

8 韩永生，李建民，魏强民.多孔陶瓷材料应用及制备的研究进展[J].材料导报，2002，16 （3）：262～269

9 Fortini Arthur J.Open-cell silicon foam for ultra2 lightweight mirrors[J].SPIE，1999，3786:440～446

10 Jacoby Marc T，Montgomery IV Edward E，Fortini Arthur J，et al.Design，fabrication and testing of lightweight silicon mirrors[J].SPIE 1999，3786:460～467

11王 斌，何德坪，舒光翼.泡沫Al合金的压缩性能及其能量吸收[J].金属学报，2000，36(10):1037～1040

Influence of Foam Carrier Surface Treatment on Performance of Foam Ceramics

Zhao Nengwei1 Liu Linyan2

(1College of Materials Science and Technology Nanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjingJiangsu 210016 2 College of Materials Science and EngineeringWuhan University of TechnologyWuhanHubei 430070）

Abstract: The performance of foam ceramics was improved by surface treatment of the flexible urethane cellular plastic. The surface of the urethane cellular was mobilized in PEI with consistency of 2.4%， and the urethane foam carrier could be combined with the slurry completely. PEI could not only mobilize the surface of urethane which made the surface of urethane possess hydrophilic property， but also produce gas of organic matter while burning， which affected its dynamic function. The experiments showed that using PEI with consistency of 2.4% to mobilize the foam could get foam ceramic product with high quality.

泡沫陶瓷范文第7篇

关键词：复合；陶瓷；轻质；泡沫；隔热

1 前言

目前，建筑市场上所用的内外墙建筑材料多为釉面砖和抛光砖，其特点是强度高、密度大、表面装饰华丽。但它也存在一定的不足，因此，人们希望有一种既具有良好的装饰效果，又具有质量轻、隔热等优良特性的陶瓷。利用泡沫陶瓷的低密度、低热传导性能可制成各种保温材料、轻质结构材料等。然而泡沫陶瓷应用在建筑陶瓷技术上，还存在许多问题，如：烧结变形、不耐污、不耐磨、表面难以上釉等。

本文研究一种烧成收缩可控、质量轻、隔热，并具有良好装饰效果的可装饰轻质泡沫复合陶瓷。在普通陶瓷材料里添加发泡剂和有机造孔剂（本文所用的是锯末和面粉）制备泡沫陶瓷材料，把所得泡沫陶瓷材料与普通陶瓷材料通过二次布料干压成形，一次烧成制备轻质泡沫复合陶瓷。有机造孔剂所致的坯体收缩抵消发泡剂所致的坯体膨胀，使得泡沫陶瓷的总体烧成收缩跟普通陶瓷收缩相近，有利于两者的复合。此轻质泡沫复合陶瓷具有质量轻、隔热、装饰效果好等优点。该工艺绿色环保、耗能低、产品运输成本低，符合国家节能减排的政策。

2 实验内容

2.1 实验原料及仪器

本实验所采用的原料如表1所示，实验仪器如表2所示。

2.2 工艺流程

将各原料按比例配料混合，经加水球磨、干燥、造粒，制备泡沫陶瓷材料；采用二次布料干压成形工艺；经外表装饰、干燥后，在1200℃条件下煅烧，制得表面可装饰的轻质复合陶瓷。其工艺流程如图1所示，二次布料示意图见图2。本实验中普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的比例为1：3，其产品具有普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的复合功能。

3 结果分析与讨论

3.1 碳化硅添加量对坯体的影响

在100g普通陶瓷材料中添加不同的碳化硅，分析其对产品的膨胀率、吸水率、密度等性能的影响，分别见图3-图5。同时，分析了当碳化硅的量为0.1～0.3g时，泡沫陶瓷的内部结构。见图6-图8。

由图3可知，在同样的烧制制度下，碳化硅添加量越大，坯体膨胀越大。主要由于在高温下碳化硅氧化生成的CO2、CO气体所导致的。但当碳化硅添加量达到一定的量后，坯体的膨胀率没有明显的增大。由图4可以看出。随着碳化硅添加量的增加，陶瓷的吸水率越大。结合图6-图8可知，随着碳化硅添加量的增加，发泡产生的气体凝聚，从而形成较大的连通气孔，气孔由闭合变成连通，因此陶瓷的吸水率随着增大。由图5可以看出，随着碳化硅添加量的增加陶瓷的密度降低，结合扫描图可以得出，随着碳化硅添加量的增加，气孔从小变大，由闭合变连通，气孔率增大。

3.2 锯末和面粉添加量对陶瓷坯体的收缩影响

不少相关文献报道，利用有机造孔剂（如：锯末、面粉、碳粉等）制备泡沫材料。其原理为：通过在陶瓷原料中添加锯末或面粉，由于在烧成过程中锯末或面粉被排除，导致在陶瓷坯体内留下空隙，在高温下陶瓷坯体内出现液相时，空隙被液相所填充。从而增加了陶瓷坯体的烧成收缩。锯末和面粉添加量对陶瓷坯体的收缩影响如图9所示。

由图9可以看出，在同样的烧成制度下，坯体中添加锯末、面粉后，都会导致其收缩，而且随锯末或面粉量的增加，坯体收缩越大。通过数据对比，在添加量相同的情况下，面粉比锯末的收缩要大，但是从经济方面考虑，锯末会比面粉更廉价。因此，本文选用锯末作为有机造孔剂。

3.3 碳化硅与锯末的复合实验

碳化硅与锯末复合实验的原料及性能见表3。

由表3可知，由锯末烧失所致的坯体收缩抵消碳化硅发泡所致的坯体膨胀，通过调节两者的用量，可以控制坯体的总体收缩。与1号对比，实验组不同的碳化硅和锯末的添加量都实现了泡沫陶瓷收缩率与普通陶瓷收缩率相近，有利于实现泡沫陶瓷材料与普通陶瓷材料的复合。通过控制碳化硅与锯末的添加量，泡沫陶瓷既能控制膨胀，又能使陶瓷具有泡沫陶瓷的特点，其密度和导热系数都比普通陶瓷要低。因此，通过此方法可以制备出跟普通陶瓷材料收缩率相近，同时又具有孔径不同、密度小、导热系数小、吸水率低等优点，其中4号效果最佳。

3.4 普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料复合实验

以4号为泡沫陶瓷材料，并与普通陶瓷材料经二次布料干压成形，煅烧温度为1200℃，得到复合陶瓷（见图10）。泡沫陶瓷材料、普通陶瓷材料以及复合材料的性能如表4所示。

从图10可以看出，普通陶瓷材料与泡沫陶瓷材料的复合衔接良好（普通陶瓷材料厚度为0.4cm，泡沫陶瓷材料厚度为1.1cm），略微变形，实现了泡沫陶瓷与普通陶瓷的复合。

由表4可以看出，此泡沫陶瓷的收缩率与普通陶瓷材料相近，密度相对较小，导热系数相对较低。复合陶瓷跟普通陶瓷相比，吸水率较高，密度和导热系数都较低，约为普通陶瓷的一半。

4 结论

（1）通过调节发泡剂与有机造孔剂的用量，可以有效控制泡沫陶瓷材料的吸水率、密度，以及烧成收缩率。

（2）研究表明，泡沫陶瓷的收缩率与普通陶瓷的收缩率相近，可以实现多孔与普通陶瓷的复合，一次烧成制备出表面可装饰轻质泡沫复合陶瓷。

泡沫陶瓷范文第8篇

关键词：悬浮液稳定性；有机泡沫浸渍法；多孔氧化铝陶瓷；助烧剂

1 前言

多孔氧化铝陶瓷具有热导率低、介电常数低、比表面积大、硬度高、耐磨损、耐高温、抗腐蚀等优良性能，引起了全球材料学界的高度重视，并得到了较快发展，每年这方面的专利都有十几篇，并且有逐年增长的趋势[1]。其应用遍及环保、能源、化工、生物等多个领域，在国民经济发展中起到了重要的作用。

另外，制备多孔氧化铝陶瓷原料来源广泛、价格低廉、生产工艺简单、具有较高的性价比以及很大的商业价值。多孔氧化铝陶瓷现已广泛应用于净化分离“固定化酶载体”吸声减震和传感器材料等众多领域，在航天航空、能源、石油等领域中也具有十分广阔的应用前景[2]。因此，多孔氧化铝陶瓷引起了材料科学界的极大兴趣，成为一个非常活跃的研究领域，每年在这方面都有大量的论文和专利发表，世界上不少国家，尤其是美、日、德等国都非常重视，并投入了大量人力物力进行研究开发[3]。

本文主要的研究方向有两个，首先由于悬浮液是多孔陶瓷的主要框架材料，悬浮液的稳定性是有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷工艺的一个关键因素，所以本文第一部分研究加入不同分散剂（阿拉伯树胶、聚丙烯酸铵、硅溶胶）对悬浮液稳定性的影响，并得出相对于固含量为5%的悬浮液，稳定性最佳的分散剂种类和含量。其次，由于高含量氧化铝陶瓷致密烧结温度不低于1600℃，因此本文选择不同助烧体系进行预实验，向氧化铝粉体中加入不同助烧剂后，进行压片烧结，找出可将氧化铝陶瓷烧结温度降低至1200℃的助烧体系，并在之后的实验中使用该 体系作为助烧剂。最后选用合适的有机泡沫，经过预处理后在30%固含量的悬浮液中进行浸渍、干燥、烧结，并得到气孔率可测的多孔氧化铝陶瓷。

现如今多孔氧化铝陶瓷的应用越来越广泛，但是由于氧化铝本身烧结温度过高，烧结条件比较苛刻，成本较高。有机泡沫浸渍法是制备多孔氧化铝陶瓷最常见方法，因此如何在利用有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷的同时，降低陶瓷的烧结温度就成为了一个重要课题。综合前人有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷和低温烧结陶瓷技术的相关研究，自主设计相关实验，希望通过有机泡沫浸渍法制备出烧结温度较低，且气孔率较大的多孔陶瓷，为以后的多孔氧化铝陶瓷制备，以及相关的低温烧结工艺打下基础。

2 实验部分

2.1 实验原料及设备

超细氧化铝粉体，分析纯，中国铝业山东分公司；聚丙烯酸铵，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；阿拉伯树胶 ，分析纯，沈阳新云试剂厂；CuO，分析纯，天津市大茂化学试剂厂；SiO2，分析纯，天津市福晨化学试剂厂；TiO2 分析纯，沈阳新云试剂厂。

超声波清洗器，CQF-50型；电热恒温鼓风干燥箱DHG-9076A型；万能试验机，WE-30型，长春试验机厂；高温炉，SRJX-8-13型，沈阳市电炉厂；数显恒温水浴锅 ，HH-2型，江苏金坛仪器厂；X射线衍射仪，XRD-6100型，日本岛津公司；扫描电子显微镜，SSX-550型，日本岛津公司；行星式球磨机 ，QM-3SP2J型，南京大学仪器厂。

2.2 实验步骤

配制固含量为30%的悬浮液，用2 mol/L的NaOH溶液预处理过的有机泡沫进行浸渍，60℃干燥制成坯体后，最后进行烧结，300℃保温30 min，目的是缓慢去除有机泡沫，之后升温至1200℃，保温2 h，自然冷却。

观察其宏观形貌，并分别利用排水法测定由不同规格有机泡沫制成的氧化铝多孔陶瓷成品的气孔率，最后分别将不同规格成品进行扫描电镜微观形貌观察，随机选取一个成品进行XRD检测实验，观察数据并记录。

3 结果与讨论

3.1 不同悬浮液稳定性

利用沉降法分别对加入三种不同分散剂的悬浮液测试其稳定性，记录相关数据，并分析。

3.1.1 聚丙烯酸铵分散剂

在有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷工艺中加入不同含量聚丙烯酸铵作为分散剂，对悬浮液稳定性的影响如图1所示。由图中可以看出当聚丙烯酸铵的添加量在0～0.2%时，S提升速度非常快，这说明加入少量分散剂时，聚丙烯酸铵的分散效果特别明显；当添加量在0.2～1.0%之间时，随着聚丙烯酸铵的添加量不断增加，S继续提升，但是升高速度有所下降；当聚丙烯酸铵的添加量在1.0～1.6%之间时，随着聚丙烯酸铵的添加量不断增加，S呈现下降的趋势，尤其是在1.4%之后，下降程度较大。即当聚丙烯酸铵添加量为1.0%时，S达到最大值。

由此得出结论：氧化铝陶瓷悬浮液以聚丙烯酸铵作为分散剂时，在聚丙烯酸铵含量在0～2.0%的这一区间内，添加量为1.0%时悬浮液稳定性达到最佳。

3.1.2 阿拉伯树胶分散剂

在有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷工艺中加入不同含量阿拉伯树胶作为分散剂，其对悬浮液稳定性的影响如图2所示。由图中可以看出当阿拉伯树胶的添加量在0～0.2%时，S变化较小；0.2～0.4%之间时，随着阿拉伯树胶的添加量不断增加，S呈现较快的上升趋势；0.4～0.8%时，虽然依旧处于上升趋势，但速度较慢；0.8%时，S达到相对最大值；0.8～1.8%之间时，随着阿拉伯树胶的添加量不断增加，S呈现下降的趋势，下降过程较为平缓；1.8～2.0%则又开始出现上升趋势，但由于添加量为0.8%时就已经有比较满意的稳定结果，因此本文不对之后的添加量高于2.0%的悬浮液做相关研究。

由此得出结论：氧化铝陶瓷悬浮液以阿拉伯树胶作为分散剂时，在阿拉伯树胶含量在0～2.0%的这一区间内，阿拉伯树胶的添加量为0.8%时悬浮液稳定性达到最佳。

3.1.3 硅溶胶分散剂

在有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷工艺中加入不同含量硅溶胶作为分散剂，对悬浮液稳定性的影响如图3所示。由图中可以看出当硅溶胶的添加量在0～4%之间时，随着阿拉伯树胶的添加量不断增加，S呈现较快的上升趋势，达到4%时趋于平缓。继续增加硅溶胶含量，S稳定上升，当添加量达到14%时悬浮液稳定性达到最佳。继续增加硅溶胶含量，S开始出现缓慢的下降趋势。

由此得出结论：氧化铝陶瓷悬浮液以硅溶胶作为分散剂时，在硅溶胶含量在0～20%的这一区间内，硅溶胶的添加量为14%时悬浮液稳定性达到最佳。

3.2 不同助烧体系对氧化铝陶瓷烧结的影响

由于氧化铝陶瓷烧结温度过高，烧结条件较为苛刻，所以作者希望可以找到一种可以降低氧化铝陶瓷烧结温度至1200℃的烧结体系，来进行下一步的多孔氧化铝陶瓷的烧结工作。首先，分别向氧化铝粉体中加入不同助烧体系（表1），经过球磨、干燥、压片成型，在1200℃进行烧结，保温时间为2 h，自然冷却，然后将成品进行扫描电镜微观形貌观察及XRD检测实验。最后将样品放入水中，水浴加热90℃保持30 min，观察是否有粉体脱落。根据是否有粉体脱落，初步判断陶瓷的烧结程度，无粉体脱落，且具有一定硬度，则认为达到烧结要求。

3.2.1 SiO2/CuO助烧体系助烧效果分析

对以SiO2/CuO为助烧体系的氧化铝陶瓷XRD图像进行了峰值标注（如图4），其中主要标明了对应Al2O3的峰值，还有一部分强度较低的峰，但经过对比都不与SiO2或CuO相对应，因此推论SiO2和CuO参与了氧化铝陶瓷烧结中的相关反应，并起到了一定的作用。同时根据图5也可以看出陶瓷粉体已经不再是单独的颗粒，而是开始某种方式的结合，这也说明SiO2和CuO可以促进较低温度下氧化铝陶瓷的烧结过程。综合上一节中加入SiO2/CuO助烧体系的氧化铝陶瓷在1200℃就可以完成烧结的结论，SiO2/CuO、TiO2/CuO、SiO2/TiO2/CuO三种助烧体系可以有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度至1200℃左右。

3.2.2 TiO2/CuO助烧体系助烧效果分析

对以TiO2/CuO为助烧体系的氧化铝陶瓷XRD图像进行了峰值标注如（如图6），其中主要标明了对应Al2O3的峰值，还有一部分强度较低的峰，但经过对比都不与TiO2或CuO相对应，因此推论TiO2和CuO参与了氧化铝陶瓷烧结中的相关反应，并起到了一定的作用。同时根据图7也可以看出陶瓷粉体已经不再是单独的颗粒，而是开始某种方式的结合，这也说明TiO2和CuO可以促进较低温度下氧化铝陶瓷的烧结过程。综合上一节中加入TiO2/CuO助烧体系的氧化铝陶瓷在1200℃就可以完成烧结的结论，笔者认为TiO2和CuO按照表1中的比例添加可以有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度至1200℃左右。

3.2.3 SiO2/TiO2/CuO助烧体系助烧效果分析

对以SiO2/TiO2/CuO为助烧体系的氧化铝陶瓷XRD图像进行了峰值标注（图8），其中主要标明了对应Al2O3的峰值，还有一部分强度较低的峰，但经过对比都不与SiO2、TiO2或CuO相对应，因此推论SiO2、TiO2和CuO参与了氧化铝陶瓷烧结中的相关反应，并起到了一定的作用。同时根据图9也可以看出陶瓷粉体已经不再是单独的颗粒，而是开始某种方式的结合，这也说明SiO2、TiO2和CuO可以促进较低温度下氧化铝陶瓷的烧结过程。综合上一节中加入SiO2/TiO2/CuO助烧体系的氧化铝陶瓷在1200℃就可以完成烧结的结论，笔者认为SiO2、TiO2和CuO按照表1中的比例添加可以有效降低氧化铝陶瓷的烧结温度至1200℃左右。

由此得出，三种助烧体系都可以将氧化铝陶瓷的烧结温度降低至1200℃左右。再对比图4、图6和图7，可以明显发现图4中Al2O3峰强最高，说明此时其结晶度较高，因此选择SiO2/CuO助烧体系作为之后实验的助烧剂。

3.3气孔率测定

如图10所示，由于烧制成的多孔氧化铝陶瓷的气孔率较大，因此其边缘结构不平整、难以测量，因此使用不同位置多次测量取平均值的方法测量，力求减小人为误差。最后测得图10中陶瓷密度如表2所示（表中AlO-1，AlO-2，AlO-3分别表示图中的a，b，c，其中孔径c>b>a）。

3.4 助烧剂对多孔氧化铝陶瓷的性能影响及分析

未添加助烧剂和添加助烧剂并在1200℃烧结后的多孔氧化铝陶瓷宏观形貌如图11所示，两个成品虽然采用了同样的有机泡沫、浸渍工艺和烧结工艺，但是浸渍效果、成孔情况却有很大的区别。作者认为主要原因是加入助烧剂以后从一定程度上降低了其粘度，所以才会使得添加助烧剂的悬浮液浸渍效果差强人意。但是从孔的形貌方面看，明显添加助烧剂的多孔陶瓷更符合开孔、高气孔率、孔内无残留的要求。因此如何在保证开孔、高气孔率、孔内无残留的要求的前提下，改进浸渍工艺，减少孔壁破裂，是以后低温多孔陶瓷的重要研究方向。

4 结 论

本文以有机泡沫浸渍法制备多孔氧化铝陶瓷为主胶、硅溶胶三种不同的分散剂对于悬浮液稳定性的影响，寻找出了拥有最佳分散效果的单体分散剂，并确定了其最佳添加量。同时，对在氧化铝陶瓷中加入助烧剂以降低其烧结温度的相关工艺也作为辅助实验进行了系统的研究。最后结合两者，进行低温烧结多孔氧化铝陶瓷的实验，并得出以下结论：

（1） 对于以聚丙烯酸铵作为分散剂的悬浮液，当聚丙烯酸铵的含量为Al2O3的1%时，该悬浮液稳定性达到最佳；对于以阿拉伯树胶作为分散剂的悬浮液，当阿拉伯树胶的含量为Al2O3的0.8%时，该悬浮液稳定性达到最佳；对于以硅溶胶作为分散剂的悬浮液，当硅溶胶的含量为Al2O3的14%时，该悬浮液稳定性达到最佳。其中以质量分数为0.8%阿拉伯树胶作为分散剂时，悬浮液稳定性最好。

（2） 对于氧化铝陶瓷而言，SiO2/CuO、TiO2/CuO、SiO2/TiO2/CuO三种助烧体系可将其烧结温度降低至1200℃左右。

（3）利用有机泡沫浸渍工艺制备多孔氧化铝陶瓷，选用气孔率分别为75%、80%、95%的有机泡沫模板和浸渍工艺，成功制得了气孔率分别为65%、72%、93%的多孔氧化铝陶瓷。

参考文献

[1] 李飞舟.有机泡沫浸渍法制备氧化铝多孔陶瓷的研究[D].西安：长安大学， 2011.

[2] 王苏新.多孔陶瓷的制备方法及用途[J].江苏陶瓷，2002，35（4）：26～28.

泡沫陶瓷范文第9篇

关键词:硅微粉;氧化铝;泡沫陶瓷;作用

1前 言

随着陶瓷及耐火材料工业技术的不断进步,各种高技术陶瓷和耐火材料制品对微粉的质量、品种提出了更高的要求。早期研究发现,在生产普通耐火材料时,通过提高基质中细粉的细度可促进制品的烧结,并能改善制品的性能[1]。硅微粉作为使用广泛的一种微粉原料,由于它具有耐温性好、耐酸碱腐蚀、粒度分布可控、高绝缘、低膨胀、化学性能稳定、硬度大等优良性能,被广泛用于特种陶瓷、化工、电子、塑料、高级油漆、橡胶、国防等领域[2]。随着高技术领域的迅猛发展,硅微粉亦将步入新的历史发展时期。

氧化铝泡沫陶瓷主要是由氧化铝细粉、高岭土、钾长石、硅微粉等原料制作而成,随着氧化铝泡沫陶瓷使用越来越广泛,人们对其研究也越来越多。但大多数的研究都集中在生产工艺和产品性能上,对其使用的原料性能研究比较少。作为氧化铝泡沫陶瓷生产使用较多的一种添加辅助料之一,硅微粉的加入起着改善氧化铝泡沫陶瓷制品性能的微妙作用。

2硅微粉的分类

硅微粉是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料,主要成分为SiO2,由于制作工艺的不同,硅微粉的主晶相也有所不同。硅微粉是微粉的一种,而微粉的分类有很多,目前较普遍的分类为微粉、超微粉、极微粒子三种[3],一般应用于陶瓷和耐火材料中的微粉的粒径大多在0.1～10μm之间,而陶瓷和耐火材料工业所用SiO2微粉主要是微米级。

硅微粉按其制作方法可分为以下几类:

(1) 硅灰:或称冷凝硅灰,由铁合金厂气相沉淀而形成;

(2) 粉石英:天然矿物;

(3) 粉碎机磨制的SiO2微粉;

(4) 填料用白炭黑;

(5) 电子工业副产品;

(6) 表面经硅烷偶联化处理的活性SiO2微粉;

(7) 熔融石英微粉。

一般所用的硅微粉中二氧化硅成分含量大于98%,其中性能最佳、应用最广的当属硅灰(铁合金厂及金属硅厂的副产品),由于硅灰的颜色是灰色,尽管其性能相对优越,但氧化铝泡沫陶瓷中很少采用,而在碳化硅泡沫陶瓷中则使用较多。

3硅微粉的性质与应用

不同制作工艺生产的硅微粉品质也不同,按生产工艺可分为:结晶硅微粉、熔融硅微粉、方石英硅微粉和活性硅微粉四种,不同品质的硅微粉其应用范围也有所不同。

3.1 结晶硅微粉

结晶硅微粉是利用高品位的天然石英,通过独特的无铁研磨工艺生产加工而成,其色白、质纯。因其工艺成熟而具有稳定的物理、化学特性及合理、可控的粒度分布。结晶硅微粉可分为高纯度结晶硅微粉、电子级结晶硅微粉及一般填料级结晶硅微粉。结晶硅微粉应用范围较广泛,如金属铸造、陶瓷、硅橡胶、涂料及化工行业等。

3.2 熔融硅微粉

熔融硅微粉是选用优质的天然石英,通过独特处理工艺加工而形成的粉末,通过高温处理,其分子结构排列由有序排列转为无序排列。其色白、纯度较高并具有以下特性:极低的线膨胀系数、良好的电磁辐射性和耐化学腐蚀、稳定的化学特性;合理有序且可控的粒度分布。熔融硅微粉一般应用于高端科技行业,如大规模及超大规模集成电路用塑封料、环氧浇注料及其它化工领域。

3.3 方石英硅微粉

方石英硅微粉是选用优质天然石英,经过高温煅烧后获得的高纯度硅石,经快速冷却改变其晶体结构,再粉碎制得,其主晶相为方石英。由于其稳定的化学性质,合理有序、可控的粒度分布而被广泛应用于陶瓷釉料、橡胶填料等行业。

3.4 活性硅微粉

活性硅微粉通过其独特的工艺,采用硅烷等材料对硅微粉颗粒表面进行改性处理,增强了硅微粉的憎水性能,提高了混合料及填充系统的机械、电子和化学特性,因而活性硅微粉被广泛用于电子、国防科技等行业。

4硅微粉在氧化铝泡沫陶瓷中的作用

硅微粉作为少量添加剂(加入量为1%～10%)加入到氧化铝泡沫陶瓷中,起到改善产品性能和降低生产成本的目的。生产过程中,一般希望采用的硅微粉粒径越细越好、粒度分布越窄越好、白度越高越好。硅微粉的粒径越细,越有利于泡沫陶瓷的烧结,与氧化铝微粉反应在较低温度便可生成莫来石晶相。据文献报道,平均粒径在20μm以下的硅微粉与Al2O3微粉反应,在700℃便可生成莫来石晶相,1200℃可形成稳定的莫来石晶相[4]。硅微粉白度高则生产出的氧化铝泡沫陶瓷颜色好、色差小。

4.1 硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷浆料性能的影响

氧化铝泡沫陶瓷的浆料性能直接影响着海绵挂浆的效果,从而对制品的烧结程度与强度、通孔率、体积密度等性能影响很大[5]。硅微粉由于堆积密度小,如果加入太多,将影响浆料的性能。因此应控制加入量,并细化粒度,将其较好地融入浆料中并分散均匀,一般采用的硅微粉粒径为1000～2000目。

4.2 硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷产品性能的影响

硅微粉中的游离二氧化硅在高温下与分散氧化铝微粉作用,生成一定量的莫来石晶体,有利于氧化铝泡沫陶瓷机械强度的提高。但硅微粉加入量不宜过多(不超过10%),否则因硅微粉堆积密度小而影响浆料挂浆性能,并且还可能因堆积不紧密而导致烧结产品不够致密。从产品性能来看,过多的莫来石晶体反而会使氧化铝泡沫陶瓷强度下降,硬度也变差。因为莫来石晶体本身的性能并没有氧化铝晶体的性能优越,而少量的莫来石晶体弥散在氧化铝晶体中,则可以起到增强增韧作用,达到改善氧化铝泡沫陶瓷性能的作用。由于形成稳定莫来石晶相的烧结温度约为1200℃,所以一般配料中还加入长石、滑石等助熔添加剂,形成多元共熔体以降低莫来石的形成温度及氧化铝的烧结温度。

5 结 论

通过加入硅微粉,氧化铝泡沫陶瓷的性能得到了一定的改善,生产成本也有所降低。由于加入量小,且颗粒细度大,硅微粉对泡沫陶瓷浆料性能的影响很小。硅微粉对制品性能的影响,主要体现在高温烧结过程中,根据目前的理论及实际试验结果,笔者认为硅微粉对氧化铝泡沫陶瓷的作用有三点:一是通过填隙减少气孔;二是在较低温度下与氧化铝微粉结合较好,封闭部分贯通气孔,从而使制品致密化;三是在高温过程中产生莫来石晶相,弥散到制品中,从而改善制品性能。

参考文献

[1] 牟善彬.陶瓷原料超细粉颗粒的分散与粒度分析[J].佛山陶

瓷,2002,(01)

[2] 卢英常,张跃英.硅微粉的用途及生成技术[J].中国非金属

矿工业导刊,2009,(04):40-43.

[3] 张嫦,李晖,秦必武等.硅微粉粒度测定中的分散性探讨[J].

西南民族大学学报,2008,01.

[4] 李晓明.微粉与新型耐火材料[M].北京:冶金工业出版社,

1997:49-56.

[5] 曾令可,王慧,罗明华等.多孔功能陶瓷制备与应用[M].北京:

泡沫陶瓷范文第10篇

关键词　泡沫陶瓷，制备工艺，性能，分类

1　前言

自20世纪中期，陶瓷材料越来越受到人们的重视，尤其是1940年后出现的新型陶瓷，随着对材料要求的进一步提高，人们逐渐认识到陶瓷所具有的很多优良特性，如其它材料无法比拟的耐蚀、耐热、高硬度特性。进入21世纪，各国政府高度重视新能源和新材料的开发、减少能源与材料的浪费和消耗，泡沫陶瓷材料的开发就是在这种大背景下提出的，特别是全球经济进入高速发展后，世界工业的发展和变革，为泡沫陶瓷的发展和应用提供了巨大的舞台。

泡沫陶瓷的发展始于20世纪70年代，它是一种气孔率高达70～90％，体积密度只有0.3～0.6g／cm3，具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的多孔陶瓷制品。作为一种新型的无机非金属过滤材料，它除了具有耐高温、耐腐蚀等一般陶瓷所具有的性能外，泡沫陶瓷还具有质量轻、气孔率高、比表面积大、强度高、耐高温、耐腐蚀、对流体自扰性强、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点，与传统的过滤器如陶瓷颗粒烧结体、玻璃纤维布相比，不仅操作简单、节约能源、成本低，而且过滤效果好。泡沫陶瓷被广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域。

2　泡沫陶瓷的应用现状

2.1国外的发展情况

1978年，美国人Mollard F R和Davidson N等利用氧化铝、高岭土等陶瓷浆料制作出了泡沫陶瓷，并将其应用于熔融金属铸造过滤，显著地提高了铸件质量，降低了废品率。之后，英、日、俄、德、瑞士等国竞相开展了研究。生产工艺日益先进，技术装备越来越向机械化、自动化发展。已研制出多种材质、适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器，如堇青石、莫来石、Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4等高温泡沫陶瓷，产品已系列化、标准化，形成了一个新兴产业。

目前，国际上工业发达国家的铸造行业。已普遍采用金属熔体过滤工艺。这些国家的使用表明，运用泡沫陶瓷过滤技术可使铸件夹杂物含量大幅降低、合格率大幅度提高(可提高50％以上)，可提高铸件的机械性能、延长金属切削加工的刀具寿命。据报道，在生产生铁铸件时，采用泡沫陶瓷过滤器，可使产品的合格率提高到80％。当灰口铁和可锻铸铁采用泡沫陶瓷过滤器进行净化、生产汽车用曲轴时，仅机械加工车间的废品率就从35％降低到0.3％。在连续铸钢中，采用泡沫陶瓷过滤，能使不锈钢中非金属夹杂物的含量大约减少20％。英国Foseco公司研制的泡沫陶瓷过滤器可消除比10μm小得多的夹渣，经过滤的铝合金压铸件比过滤前的铸件在机加工时刀具磨损量减小50％，过滤使铁素体球铁的疲劳强度提高10％左右，道具磨损减少0.04～0.1mm。

2.2国内的应用进展情况

在国内，随着对金属制品纯度、性能等要求的提高，泡沫陶瓷过滤技术及其产品的应用日益重要。泡沫陶瓷过滤技术在冶金铸造工业方面的应用也越来越广。

我国在80年代初开展泡沫陶瓷的研究工作，哈尔滨理工大学于1982年最早研制出用于铝合金过滤的泡沫陶瓷过滤器。此后，该校又陆续开发出可用于黑色金属过滤的泡沫陶瓷过滤器。在此期间，沈阳铸造研究所、上海机械制造工艺研究所、湖北省机电研究设计院、南昌航空工业学院、东风汽车公司等单位也先后开展了泡沫陶瓷过滤器的研究工作，并均取得丰硕成果。

近20多年来。已先后有多家科研机构和厂家进行了泡沫陶瓷制品的探索研究。熔融金属过滤用泡沫陶瓷国产产品已基本上可满足日益增长的国内需要，有的品种还大量出口，只有少数高端产品尚需进口。

3　泡沫陶瓷的分类和性能

3.1泡沫陶瓷的分类

泡沫陶瓷有多种分类方法。按孔隙之间关系可分为：闭口气孔和开口气孔两种。闭口气孔是指陶瓷材料内部微孔分布在连续的陶瓷基体中。孔与孔之间相互隔离：开口气孔包括材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口、另一边闭口形成不连通气孔两种。

泡沫陶瓷按材质又可分为以下几种：

(1)铝硅酸盐材料。以耐火粘土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石质颗粒为骨料，具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000~C。

(2)高硅质硅酸盐材料。主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷颗粒为骨料生产，具有耐水性和耐酸性，使用温度达700~C。

(3)陶质材料。组成接近高硅质硅酸盐材料，是一种主要以多种粘土熟料颗粒与粘土等混合而得到的微孔陶瓷材料。

(4)硅藻土质材料。主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧结而成，用于精滤水和酸性介质中。

(5)刚玉和金刚砂材料。以不同型号的电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料，具有耐强酸、耐高温特性，耐高温可达1600~C。

3.2泡沫陶瓷的性能

3.2.1气孔率

泡沫陶瓷的气孔率为70～90％，对多孔陶瓷来说，这是最高的。蜂窝陶瓷的气孔率约为60％，陶瓷颗粒烧结体的气孔率约为30～50％。

3.2.2抗弯强度

泡沫陶瓷的强度主要依赖于陶瓷材质和网络骨架的粗细。骨架的粗细可以用泡沫陶瓷的体积密度来表示。若使骨架变粗可以提高体积密度，增加制品的机械强度。但提高得过多，气孔孔隙会被料浆堵塞，压力损失变大。对于蜂窝陶瓷来说，在格子平行的方向、垂直方向和斜度方向强度相差很大，而泡沫陶瓷是一种三维方向一致的结构体，其强度没有方向性的变化。

3.2.3热震稳定性和网眼孔径

当泡沫陶瓷作为熔融金属的过滤材料时，由于其使用于温度骤变的场合，必须具有良好的抗热震稳定性。另外，由于金属熔体的粘度、密度及流动性不同，应选择不同大小的滤板网眼孔径。泡沫陶瓷的网眼孔径一般可控制在0.2～3mm范围内，通常分为粗、中、细孔三个等级。

而且，泡沫陶瓷材料微孔的表面化学特性和微孔的尺寸特性对泡沫陶瓷的性能有着重大的影响。而决定微孔的表面化学特性的因素有陶瓷的组成、状态和微孔的表面处理等方面。如：吸附性能是由微孔表面物质的化学组成、结晶构造、非晶质的有无来决定的。微孔的尺寸特性中，微孔直径、分布、形式、比表面积等对其过滤、分离性能有很大的影响。

4　泡沫陶瓷的制备工艺

泡沫陶瓷材料的制备方法有很多种，其中应用比较成功的有：有机物燃烧法、添加造孔剂法、发泡法、有机前驱体浸渍法及溶胶一凝胶方法等。

4.1发泡法

采用反应发泡的方法，可以制备出形状复杂的泡沫陶瓷制品，以满足一些特殊场合的应用。在陶瓷粉料中加入适当的陶瓷纤维，有望改善这一工艺，有效增加坯 体在烧结过程中的强度，避免粉化和塌陷。发泡反应法的工艺较复杂，不易控制，且制备出的泡沫陶瓷易出现粉化剥落现象并且含有大量闭气孔，因此在实际制备中较少被采用。

4.2溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法作为低温或温和条件下合成无机化合物或无机材料的重要方法，在化学合成中占有重要地位。在制备玻璃、陶瓷、薄膜、纤维、复合材料等方面获得重要应用，更广泛用于制备纳米粒子。溶胶一凝胶法的化学过程首先是将原料分散在溶剂中，然后经过水解反应生成活性单体，活性单体进行聚合，开始成为溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥和热处理制备出纳米粒子和所需要的材料。

溶胶一凝胶法主要用来制备孔径在纳米级的微孔陶瓷材料，本方法经改进后也可以制备高规整度的泡沫陶瓷材料。运用溶胶一凝胶技术制备泡沫材料。在溶胶向凝胶的转化过程中，体系的粘度迅速增加。从而稳定了前期产生的气泡，有利于发泡。该工艺与其他工艺相比有其独特之处，现在正成为无机薄膜制备工艺中最为活跃的研究领域。

4.3添加造孔剂工艺

此工艺是通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体从而形成气孔来制备泡沫陶瓷。虽然在陶瓷工艺中。采用调整烧结温度和时间的方法可以控制产品的孔隙度和强度，但对于多孔陶瓷，温度太高，会使部分气孔封闭或消失。温度太低，则产品强度低；而采用添加造孔剂的方法则可以避免上述缺点，使产品既有好的孔隙度又有好的强度。这种工艺方法的关键在于造孔剂种类和用量的选择。

4.4有机泡沫浸渍法

有机泡沫浸渍工艺是Schwartzwalder在1963年发明的，该方法利用有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构，将制备好的料浆均匀地涂覆在有机泡沫网状体上，干燥后烧掉有机泡沫体从而获得一种网眼多孔陶瓷。该方法通过控制浆料性能，优化无机粘结剂体系，严格控制浆料浸渍工艺过程，可制备出高性能的泡沫陶瓷制品，是目前泡沫陶瓷最理想的制备方法。用这种成形方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域获得大量应用。

4.5自蔓延高温合成工艺

1967年，苏联科学家Mazhanov AG发明了自蔓延高温合成工艺(SHS)，又称为燃烧合成法。该方法高效、节能，可以制备出性能优良的陶瓷材料，其产品具有较高的孔隙率，因此常用该方法制备具有联系网格结构的陶瓷材料。其基本思路是：当温度高于必要的点火温度时，诱发体系产生局部的化学反应。该反应是放热反应，在持续放热下，燃烧将涉及到整个体系。SHS的本质是一种高放热无机化学反应，近年来该SHS技术受到了广泛的关注。

4.6凝胶注模工艺

美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模工艺，它是一种被广泛应用的新型成形方法。这种新的成形技术采用非孔模具，利用料浆内部或少量添加剂的化学反应使陶瓷料浆原位凝固形成坯体，获得具有良好微观均匀性和较高密度的素坯，从而显著提高材料的可靠性。该工艺可以使悬浮体泡沫化。而且能使液体泡沫原位聚合固化。作为制备多孔陶瓷的一种新方法，悬浮体泡沫化显然最经济，原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构，强度较高。Pilarsepulveda使用该工艺制备的多孔氧化铝陶瓷，其抗弯强度高达26MPa，孔隙率高达90％。

5　结　语