氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备研究

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泡沫陶瓷是一种特殊工艺制作的开孔率高达70%~90%并具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔的新型多孔陶瓷材料,具有化学性能稳定、强度高、耐高温、抗热震性好、比表面积大等诸多优点。其中的氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷材料以制备成本低、使用功效高而受到业内广泛关注。针对普通粘土质泡沫陶瓷强度较低、抗热震性能差、适用范围小等缺点;单组分SiC、AlN、ZrO2等泡沫陶瓷烧结温度高、成本高昂等现状,作者以氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷的制备为研究对象,采用有机泡沫浸渍法制备了氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷,系统研究了各种因素对该材料性能的影响,获得了如下研究成果。(1)有机泡沫前驱体预处理能显著提高浸浆量。实验选用聚氨酯海绵为有机前驱体,聚氨酯海绵经碱处理后破坏了聚氨酯海绵的网络间膜,同时也增加了茎的粗糙度,一定程度上改善了浸浆性能;而经过碱处理再经CMC改性的海绵与浆料润湿性得到了改善,聚氨酯海绵的浸浆量增加。(2)研究发现,在浆料中加入适当的分散剂可获得高固相含量、均匀稳定、流变性良好、适于浸渍的浆料。实验结果表明,浆料中加入质量分数为0.4%的分散剂聚丙烯酸胺获得的浆料性能最优;固含量为68.4%~69.4%时最适合浸渍;对辊间距与前驱体浸浆量的关系紧密,较佳的d/h(其中d为对辊间距,h为海绵高度)控制范围为9.45%~10.35%。(3)微波干燥提高了复合泡沫陶瓷的抗压强度和成品率。实验采用微波干燥方式有效地减少了椭圆变形,增加了浸浆量的限制范围,因此,泡沫陶瓷制品的抗压强度和成品率得到提高,同时提高了干燥效率,节约了能源。(4)通过对不同配方陶瓷烧结温度的研究,分析得到烧结过程中陶瓷物相的演变,同时考察了烧结温度对陶瓷性能的影响,得出配方B为最佳配方;通过对配方B陶瓷不同烧结保温时间的研究,得到了保温时间对复合泡沫陶瓷性能的影响,实验确定复合陶瓷较佳的烧结温度为1500℃,保温时间为90min,该工艺条件制备的复合泡沫陶瓷开孔率达到81.2%,抗压强度达到1.21MPa,抗热震性能(Dst)为0.52。(5)研究发现,添加Y2O3、CaO不仅能有效促进氧化铝/莫来石复合泡沫陶瓷材料的烧结,提高陶瓷致密度,而且还能够显著提高复合泡沫陶瓷的抗压强度和抗热震性能。采用上述方法所制备的复合泡沫陶瓷材料不仅能较好地解决普通泡沫陶瓷强度低,抗热震性能差的问题,而且制备成本低,绿色环保,具有较好的工业应用前景。
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