泡沫陶瓷的制备及其性能表征的研究.doc

个人收集整理 勿做商业用途沈阳建筑大学毕业论文毕 业 论 文 题 目 泡沫陶瓷的制备及其性能表征的研究 学院专业班级 材料化学091班 学 生 姓 名 姜峰 性别 男 指 导 教 师 赵苏 职称 教 授 2013年6月10日摘要泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛应用于热交换材料，布气材料，汽车尾气装置，净化冶金工业过滤熔融态金属，热能回收，轻工喷涂行业，工业污水处理等。本文以以贝壳粉为造孔剂，研制氧化铝泡沫陶瓷。通过对制品体积密度、显气孔率、吸水率等性能的测试，分析了贝壳粉掺量对泡沫陶瓷性能的影响。实验表明，适量添加贝壳粉作造孔剂，可制得性能较好的氧化铝泡沫陶瓷.在本实验研究条件下，当贝壳粉掺量为10% 时，可制得外观良好、吸水率为29。92%，体积密度1.16g/cm3，显气孔率33.78 的氧化铝泡沫陶瓷制品.关键词：泡沫陶瓷；贝壳粉；制备;性能 Abstract Development of foam ceramics began in the nineteen seventies， is a kind of high temperature properties of porous materials. Because it has a high porosity， chemical corrosion resistance and good mechanical strength and adsorption filtration performance of large specific surface area， thermal shock resistance, high temperature resistance, and can be widely applied to the heat exchange materials, cloth material, automobile exhaust purification device, filtering molten metallurgical industrial metal, heat recovery, light industry and coating industry, industrial wastewater processing etc。个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络 Foam ceramic can be made by adding shell powder as foaming agent to ceramic raw materials。The influence of the shell powder on the quality of foam ceramic was analyzed through their related properties such as bulk density， open pore porosity， water absorption and so on. It is found that by adding proper shell powder， the better quality foam ceramic can be made。On the condition of this experiment, when the shell powder content is 10%, can be obtained with good appearance, water absorption rate was 29.92%, 1.16g/cm3， bulk density, apparent porosity of alumina foam ceramic products 33。78%.文档为个人收集整理，来源于网络个人收集整理,勿做商业用途Key words： the foam ceramic； the fly ash; preparation； research目录第一章 绪论11。1泡沫陶瓷11.2历史11。3现状31。3.1概况31.3.2泡沫陶瓷国内外技术水平41。4意义61。4.161.4。271。4。371。4.491。4。591。5性能71.5.1气孔率71。5.2抗弯强度71.5.3泡沫玻璃作绿化用保水材料201.6211。6。1211.6.2 211.6.3221。6.422第二章 实验部分232.1实验目的232.2实验药品及仪器232。3试验方法232。4实验过程242.4.1242。4.226第三章 实验结果及分析273。1实验结果273。2数据处理283.3实验结果分析303。3.1313.3。2323.3.3323。3。4333。3。5343.434第四章 结论36参考文献37致谢附录一 中文译文附录二 英文原文32第一章 前言1.1泡沫陶瓷泡沫陶瓷是一种造型上象泡沫状的多孔陶瓷，它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后，最近发展起来的第三代多孔陶瓷产品。这种高技术陶瓷其有三维连遗孔道，同时对其形状、孔尺寸、渗透性、表面积及化学性能均可进 行适度调整变化，制品就像是 “被钢化了的泡沫塑料”或 “被瓷化了的海绵体.作为一种新型的无机非金属过滤材料，泡沫陶瓷具有重量轻、强度高、耐高温、耐腐蚀、再生简单、使用寿命长及良好的过滤吸附性等优点。泡沫陶瓷的气孔率高达7090,体积密度只有0.30.6g/cm3 ,具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构的泡沫陶瓷制品3。它除了具有耐高温、耐腐蚀等一般陶瓷所具有的性能外，且具有密度小、气孔率高、比表面积大,对流体自扰性强等特点。泡沫陶瓷材料的发展始于2O世纪7O年代，是一种具有高温特性的多孔材料。其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20%95之间，使用温度为常温-1600.泡沫陶瓷一般可以分为两类，即开孔（网状）陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料，这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔7.但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料；孔隙在2-50nm之间的为介孔材料；孔隙在50nm以上的为宏孔材料。进入21世纪，可持续发展已成为全人类共同关注的话题,我国政府高度重视可持续发展，将可持续发展确定为国家的重大发展战略。如何开发新能源和新材料、减少已有能源与材料的消耗 是其中一个重要方面,已成为科技工作者共同努力的新课题，泡沫材料的开发就是在这种大背景下提出的 泡沫材料按材料性质分为泡沫金属材料和泡沫陶瓷材料，按使用状态又可分为泡沫结构材料和泡沫功能材料泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷也是一种新型陶瓷材料，也可称为泡沫功能陶瓷，其具有密度低、气孔率高、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长等优点，能在较大温度范围内正常使用，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。实际上,人们在很早以前就已经开始使用猫猫陶瓷材料了。比如,人们使用活性碳吸附水分、吸附有毒气体，用硅胶做干燥剂，利用泡沫陶瓷做隔热耐火材料。在热工上利用其多孔、耐热、耐腐蚀等性能，用作隔热材料；在化工中用作催化载体、过滤及分离装置等。泡沫陶瓷成本低廉，制造工艺简单且性能优良，具有广阔的发展空间13.泡沫陶瓷经过高温烧结，内部具有大量彼此连通孔或闭孔。随着制备方法的逐渐成熟和控制孔隙方法的不断改进,泡沫陶瓷独特的性质越来越受到人们的重视，并已经在不同领域得到应用:冶金方面作为过滤器可除去液态金属中的杂质;石化应用方面，因其优良的化学稳定性可作为催化剂载体；汽车行业用来吸收发动机排放的有害气体；医学领域，可作为骨移植材料等。泡沫陶瓷还可以作为吸音材料、隔热材料、敏感元件等。对于泡沫陶瓷的研究，国内外学者已经进行了大量的工作，包括泡沫陶瓷材料的概念研究、制备、基本性能与表征、应用领域等各个方面。泡沫陶瓷具有独特的结构和性能，在工业中有着广泛的应用前景。泡沫陶瓷具有密度小、透气性高、耐高温、抗化学腐蚀等特性。这种材料比其它泡沫陶瓷材料具有更好的热化学性质19。这种材料可以用有机海绵浸浆获得,然后烧去海绵，留下泡沫陶瓷网。这种方法的优点是它包含了过程参数和陶瓷结构,同时合成物的烧结情况及其它条件的影响在文中也有阐述。泡沫陶瓷是由陶瓷构成的泡沫体。它是由树脂堆积的空隙部分形成陶瓷，堆积部分形成空隙的烧结体。因此是气孔率非常高的多孔体.它具有如下特点:a)通过流体时，压力损失小；b）表面积大,和流体的接触效率高;c）重量轻 。1.2历史泡沫陶瓷是 1978年由美国FRmouqird和NDay idn等人首先研制成功用于铝合金浇注系统,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果.用于熔融金属铸造过滤，可以显著提高铸件的质量，降低废品率.我国从80年代初开始研制泡沫陶瓷，目前已在有色合金、黑色合金以及气体净化催化剂载体等方面得到了大量的应用，取得了可观的经济效益和社会效益。自1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷，用于铝合金铸造过滤之后，英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究,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6，如氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷，有的还加入了一定的矿物,如莫来石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等，产品已系列化、标准化，形成了一个新兴产业 ，其分类如表11所示。表1-1泡沫陶瓷分类（三线表）材料类 骨料 耐蚀性温度(）高硅质碳酸盐材料 瓷渣 耐水性,耐酸性700硅铝酸盐材料 铝土材料 耐弱碱，耐酸性1000刚玉金刚砂材料 电容刚玉 耐水性,耐酸性1600硅藻土质 粘土 耐水性，耐酸性低温在70年代初欧美国家就已积极开展该工艺的研究,并研制出可过滤大多数有色金属和合金铸件的多种材质的泡沫陶瓷过滤器.。这些国家目前已有先进的成型、烧成设备和完善的生产工艺制度可以实现大规模连续化生产.1。3 现状1。3.1 概况时至今日,泡沫陶瓷在冶金铸造工业已获得广泛应用，美、日、德等国已实现陶瓷过滤片产品产业化、系列化。德国FOSECO公司的一个泡沫陶瓷工厂就达到了1亿片的生产规模，并已将这种材料成功用于各种有色金属及黑色金属的过滤净化技术。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%)，可提高铸件的机械性能、延长金属切削加工刀具寿命。国外统计资料：某厂生产铸钢件在没有使用泡沫陶瓷过滤器时，每 500磅铸件的废品与返修费用为96美元,而使用泡沫陶瓷过滤器后，这笔费用降低至5794美元 （其中包括陶瓷过滤器费用成本）；据估计，目前在全世界范围内每片尺寸为50cm3的金属液泡沫陶瓷过滤片每年销售量近l0亿片（每片价格为1-10马克).在国内，由于受经济技术条件的制约,泡沫陶瓷过滤技术在冶金铸造工业方面的应用才刚刚起步。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。例如,国内列车的大幅提速对车辆关键零部件夹杂物含量以及性能提出了越 来越高的要求。据统计,仅铁道部的客车、货车车辆部件弹簧、窑枕、侧架、承载鞍等钢铸 件浇铸过滤，每年对碳化硅泡沫陶瓷过滤器的需求就超过数千万片20。近年来，随着国外汽车制造商进入中国，精密铸造业获得高速发展,碳化硅泡沫陶瓷过滤器的应用也获得高速发展.目前我国由于熔融金属陶瓷过滤器产品质量不稳定，而且尚处于作坊式的小批量生产，远不能满足这个需求，基本上是依靠进口来解决。我国在2O世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作。近2O年来，先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究。但是我国的泡沫陶瓷从整体技术水平上与国外相比还有一定的差距.日本、德国及美国等工业发达国家早在20世纪70年代就已开始了泡沫陶瓷的研制工作，并相继在汽车尾气、冶金工业熔融金属夹杂质过滤及催化剂载体等方面获得了应用,取得了非常好的效果。我国也在20世纪80年代中期开始了此项研究工作,先后有近几十家科研机构采用多种制备工艺方法对泡沫陶瓷的制备进行了探索研究，研制的泡沫陶瓷在高温熔融金属、汽车尾气净化等应用领域达到了实用化技术水平.根据使用目的和对材料性能的要求，人们已经成功地开发出多种制造泡沫陶瓷的生产工艺，如机械挤出成孔、添加造孔剂、发泡、有机泡沫体浸渍、溶胶一凝胶工艺等。如果泡沫陶瓷要具备匹配的其他性能，尤其是骨架性能，则还需从这种综合陶瓷材料的制备考虑。笔者利用普通陶瓷原料粉为主要原料，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大、气孔分布均匀、抗压强度大的泡沫陶瓷.1。3。2 泡沫陶瓷国内外技术水平 (1）国外技术水平 自1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土之类陶瓷料浆研制成功泡沫陶瓷用于铝合金铸造过滤.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A1 、Zr0、SiC、SiN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29.目前世界上生产泡沫陶瓷最大的厂家美国Ar0和se1ee公司，自行生产泡沫塑料前驱体采用浸渍辊压成形机成形，坯体为微波干燥,高温辊道窑采用计算机监控连续烧成,检测及封装也均机械化，整个生产工艺达到了很高的技术水平。 泡沫陶瓷的应用领域已从金属熔体过滤发展到化工、环保、节能等方面，金属熔体过滤从铝合金发展到高温钢铁熔液的精炼过滤。目前国际上工业较发达国家的铸造行业，已普遍采用金属熔体过滤工艺，获得了很好的效果。据莫斯科科技情报研究所报道,在产生铁铸件时,采用泡沫陶瓷过滤器，已使铸件的产品台格率提高到80。当灰口铁和可煅铸铁采用泡沫陶瓷过滤器进行净化、生产汽车用曲柄轴时，仅就机械加工车间废品的数量就从35%降低到0.3%。在连续铸钢中，采用泡沫陶瓷过滤时，对不锈钢中非金属夹杂浸溃成形定形干燥物的含量大约减少20。国外两个公司泡沫陶瓷的性能见表12、表1-3。表1-2美国产滤片性能材质网络数(孔/英寸)体积密度 （g/cm3) 气孔率（%） 抗弯强度 (MPa） 抗压强度 (MPa)耐温 ()氧化铝2045 0.350.458590 0。91.271700 表13日本产品性能材质体积密度 （g/cm3) 抗弯强度 (MPa） 膨胀系数（106/）耐温（)堇青石堇青石-氧化铝质氧化铝碳化铝氮化炉 0。35 0。35 0.35 0.35 0.35 1。1 1.5 1。8 1.85 2。95 1。4-2。0 4.4 8。1 4。6 3.3 1200 1350 1500 1550 1550 (2）国内技术水平 我国在80年代初开展泡沫陶瓷的研究工作，近20年来已先后有十几家科研机构和厂家进行了泡沫陶瓷制品的探索研究 目前我国用于有色金属熔体即铝、铜合金熔体过滤的泡沫陶瓷过滤板生产稳定，已形成了一定的生产规模,其产品性能可以与美国Selee公司生产的泡沫陶瓷相媲美。用于高温黑色台金和其他用途的泡沫陶瓷产品，有碳化硅、氧化铝、氧化锆等材质，目前还未形成生产规模，有的正处于开发阶段5。山东工业陶瓷研究设计院是国内研究、开发泡沫陶瓷比较早的单位,目前开发的产品品种、质量以及生产能力居国内前列，并制定了泡沫陶瓷过滤板建材行业标准。但是我国泡沫陶瓷的整体技术水平与国外相比差距较大。品种少,规格小，产量低，质量不稳定，成形工艺基本上是采用手工操作或半机械化，大型制品合格率低.泡沫塑料前驱体质量不稳定，弹性和通孔率都比较差，直接影响泡沫陶瓷制品的质量。泡沫陶瓷的烧成，国内大都采用倒焰装钵烧成，生产效率低，装窑密度小,生产成本高：国内两个单位泡沫陶瓷产品的性能见表1-4、表1-5。表14山东产品性能材质强度(MPa)气孔率（）网络数（孔/英寸)体积密度 （g/cm3） 比表面积（m2/g)透气度(mm/s）抗弯强度（MPa）氧化铝1。23.070908700.30。61080 400 4 表15宜兴产品性能材质孔隙率（%)空洞率（%）热稳定性荷重软化温度(）抗弯强度（MPa)氧化铝86。6901000投入冷水中不炸裂14003 1。4意义泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的泡沫陶瓷体，其造型犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海绵体。由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及 良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛应用于热交换材料,布气材料，汽车尾气装置，净化冶金工业过滤熔融态金属，热能回收，轻工喷涂行业，工业污水处理.隔热隔音材料，用作化学催化剂载体,电解隔膜及分离分散元件等.近年来，多孔陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学领域等 .多孔陶瓷的广泛应用已引起了全球材料界的高度重视.因此，制备高强度、孔径均匀、性能稳定、高度有序的泡沫陶瓷体。拓宽和开发泡沫陶瓷在国内各行业中的应用无疑是十分必要的。泡沫陶瓷的结构是在三维空间重复的十二面体复杂图形。作为一种利用物理表面的新型材料，它可用以制备各种过滤器、分离装置、流体丹布元件、混台元件、节流元件等，也可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等，还可用作各种吸音材料、减震材料、保温材料、轻质结构材料等16.其材质也由普通粘土质发展到耐高温、耐腐蚀、耐热冲击性材质如碳化硅、氧化铝、堇青石、钛酸铝、莫来石、锂辉石等。总之，泡抹陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视，并得到较快发展。1。5 性能1.5。1 气孔率泡沫陶瓷的气孔率为70一90，对泡沫陶瓷来说，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%一50%。1.5。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。表16列出了不同陶瓷材质与不同体积密度的抗弯强度。表16抗弯强度 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。 1.5.3 热震稳定性 泡沫陶瓷作为熔融金属的过滤材料，因为其使用于温度急变的场合，必须具有良好的抗热震稳定性，现将山东工业陶瓷研究设计院研制的泡沫陶瓷制品的性能示于表1-7. 表17热稳定性及膨胀系数材质热稳定性膨胀系数（1000）堇青石莫来石氧化铝1000室温8次循环1300室温5次循环1400-室温5次循环2.44.05。3 1.5。4 网眼孔径 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0.2-3m范围内,通常分为粗、中、细孔3个等级。 1。5.5 隔热性能泡沫陶瓷具有较高的隔热性能。就泡沫材料本身来讲，材料的种类、密度、微孔结构都是影响材料热导率的因素。泡沫质隔热材料有效热导率可用下式表示： 1-1式中,K 为有效热导率；P为孔隙率；K 为固相热导率；K 为气相热导率；d为孔径； 为波尔兹曼常数；T为平均热力学温度。从上式可以看出，影响热导率的主要因素除了平均使用温度影响较大（呈三次方变化)以外，材料的固相和气相热导率也是重要的影响因素。由于气体的热导率远小于固体的热导率,所以对泡沫质材料来讲，孔隙率P越大，孔隙越小，材料的隔热性能越好。气凝胶就是这样一类具有微米、纳米级孔隙、连续通孔并有较低热导率的材料，其常温常压下热导率小于0014 W(mK）。气凝胶由于孔径远小于气体传导的平均自由程,大大减小了气体传导率，因此具有较低的热导率。L_WHnlbesh等用溶胶一凝胶法制备了气凝胶薄膜，用多种沉积方法沉积在基体表面，气凝胶孔隙率可达80 98 ，并研究了气凝胶在光、热、声、电子等方面的性能，说明了气凝胶在多种应用领域的应用前景.王珏等同样也制得了硅石气凝胶，并用 02粉末作为遮光剂降低气凝胶的辐射热导率，掺入玻璃纤维增加气凝胶的热稳定性和力学性能 .图1-1给出了气凝胶与聚氨酯热导率的比较 。图11气凝胶与聚氨酯热导率泡沫陶瓷的隔热性能越来越引起广大学者的注意，有关泡沫陶瓷热导率的研究也越来越细致。Efim YaLitovsky和Michael ShapiroE3 J研究了泡沫陶瓷材料热导率与气体压力和温度的相关性11。他们建立了计算泡沫陶瓷有效热导率的方法，并用碎片模型讨论了影响材料热导率的因素，认为影响热导率的重要结构参数是晶粒间的接触面积、体密度、宏观和微观裂纹及多孔晶界.对于可重复使用航天器来讲,质量更轻、隔热性能更好、更耐高温的热防护系统( rPS)是各国航天领域追求的目标.介于泡沫陶瓷密度小、耐高温、隔热性能好的特点，它已经在航天领域受到了重视.在传统的纤维隔热材料上,涂敷具有很好吸收红外线性能的泡沫陶瓷薄膜，能够有效降低纤维隔热材料的热导率。另外孔隙率高达90% 的高温可重复使用的表面隔热瓦,已经应用于可重复使用航天器中.1.6 制作工艺泡沫陶瓷是采用陶瓷物料与聚合物混台发泡后经干燥煅烧而成；也可以用回弹性高、孔径均匀的泡沫塑料作为前驱体浸渍陶瓷料浆烧制而成.一般采用后者成形工艺，将陶瓷原料按材质要求进行配料人球磨机细磨，料浆的颗粒度一般控制在50m以下，水悬浮体中的干料为60一70绝对粘度范围为24Pas。将处理好的泡沫塑料浸入陶瓷料浆中，排出气体，使料浆充分地浸润泡沫塑料，在特制的辊压成形机上定形挤出多余的料浆,经干燥煅烧而成。工艺流程见图12。图12泡沫陶瓷工艺流程图1。6。1 传统制备方法(1)发泡法采用发泡反应的方法可以制备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，可改善这一工艺，有效增加坯体在烧结过程中的强度避免粉化和塌陷.（2)溶胶凝胶法溶胶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泡沫陶瓷材料。运用溶胶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。(3）添加造孔剂法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，造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷口。造孔剂颗粒的形状和大小决定了泡沫陶瓷材料气孔的形状和大小。其成型方法主要有模压、挤压、等静压、轧制、注射和粉浆浇注等14。利用这种方法可以制得形状复杂、气孔结构各异的材料但气孔分布的均匀性较差.（4)有机前驱体浸渍法目前泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法 ，其工艺流程如图所示.用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域广泛应用，取得了较为明显的效果。进一步控制浆料性能，适当优化无机粘结剂体系并严格控制浆料浸渍等工艺过程,可以提高泡沫陶瓷制品的性能。图13有机前驱体浸渍法工艺流程图但是有机前驱体浸渍法工艺存在一个明显的缺陷即制品的孔隙结构尤其是孔径取决于所选有机泡沫体的孔隙结构和孔径大小.而目前所选用的有机泡沫体的网眼尺寸是有限的制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构 。朱新文等采用三维网状有机泡沫为载体，先用浸渍工艺制备出高孔隙率且几乎没有堵孔的网眼坯子。经排塑 、预烧处理获得具有一定强度的预制体.预制体的孔棱呈疏松多孔结构 ，很好地解决了这个问题。1。6。2 新兴工艺(1）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 (Gelcastin ,它是一种被广泛应用的新型成型方法。这种新的成型技术采用非孔模具，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18。Gelcasting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。作为制备泡沫陶瓷的一种新型方法，悬浮体泡沫化是最经济的.原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构，强度较高.（2）自蔓延高温合成工艺自蔓延高温合成 (Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis，SHS)方法的概念是由前苏联科学家AGMazhanov在 1967年首先提出来的 。SHS的本质是一种高放热无机化学反应,其基本反应过程是：向体系提供必要能量 （点火)，诱发体系局部产生化学反应，此后，这一化学反应过程在 自身放出的高热量的支持下继续进行,最后将燃烧 （反应)波蔓延到整个体系，从而制备出所需的陶瓷材料。材料的SHS技术以其高效、节能、经济和所得材料的良好性能特点而倍受重视。另外，SHS反应产物通常具有很高的孔隙率，用这一特点可用来制备具有多孔连续网络结构的陶瓷材料，通过添加造孔剂可进一步提高产物的连通开放孔隙率。大部分胸陶瓷材料均可被制造成泡沫陶瓷，但目前成功应用于高温作业的主要是氧化铝、氧化铝一氧化锫和碳化硅。表18给出了各种合金适用的网眼陶瓷过滤器材料。 表1-8合金适用的网眼陶瓷过滤器材料合金材料浇注温度/常用过滤材料铸钢高温合金铸铁镁合金铝合金155016001550160013001400720780680780部分稳定的氧化锆、碳化硅氧化铝氧化锆、氧化铝、高纯莫来石碳化硅氧化镁、氧化铝氧化锆堇青石 从表中可知，尽管目前过滤器材料种类不少，但绝大部分是用于有色或高温合金的,而在钢水连铸生产中取得成功的较少,其主要原因是：1)钢水温度较高，浇注时间较长，对过滤器的冲刷和浸蚀较严重；2）过滤器的表面积有限，难以满足钢水连 续过滤的要求；3）陶瓷过滤器制造工艺较复杂，生产成本较高由于氧化铝和电熔莫来石过滤器的耐热冲击性和高温强度均不高，不能用于较大的铸件。氧化铝一氧化锆质和高纯部分稳定的氧化锆多孔陶瓷过滤片的耐热冲击性和高温强度比氧化铝和电熔莫来石过滤片高，但仅限于80kg以内的铸件，仍不能满足大规模较大钢铸件的浇铸。而碳化硅陶瓷具有化学性质稳定、耐腐蚀、耐高温、抗热冲击、抗冲刷等优异特性,是一种重要的高温结构材料，更是一种高温陶瓷过滤器的候选材料。碳化硅陶瓷过滤器可以经受100kg以上的金属液冲击,是一种可望在钢连铸上获得广泛应用的过滤器材料.泡沫陶瓷常见的制备方法有有机前驱体浸渍法、发泡反应法和有机物填积烧失法等.目前，最理想的制备方法是有机前驱体浸渍法，这一点已被许多研究者所证实，用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域获得应用，取得了较为明显的效果.当前泡沫陶瓷制备工艺较常用的方法有两种：1）有机泡沫浸渍法。缺点是不能制造小孔径闭气孔的制品，密度不易控制。2)发泡反应法 缺点是对原料要求高，工艺条件不易控制也可以采用一种新的制备方法:将粒状树脂堆积起来，使陶瓷料浆流粒状树脂所形成的空暾中，干燥成形；孔径可由粒状树脂的粒径来决定，该法所得泡沫制品的气孔率可述95 左右.此外,还有诸如泡沫前体反应法、有机泡沫堆积法、颗粒堆积工艺 、水热一热静压工艺、微波加热工艺 、分相滤出法、固一气共晶法、木材热解构架法等泡沫陶瓷制备方法。1。7 应用泡沫陶瓷的应用开始于 19世纪70年代当时仅被用作铀提纯材料和细菌过滤材料。随着泡沫陶瓷使用范围的不断扩大，其应用领域也逐渐扩大，由过滤、热工等领域逐渐扩展到隔热、吸音、电子、光电、传感、环境生物及化学领域.泡沫陶瓷可以广泛地应用于冶金、化工、轻工、食品、环保、节能等领域.目前泡沫陶瓷的主要用途是:1）熔融金属过滤用泡沫陶瓷；2)多孔介质燃烧器用泡沫陶瓷；3）高温烟气处理用泡沫陶瓷；4）中高温固体氧化物燃料电池电解质系1.7.1 铝台金铸造过滤铝台金在熔化和形成铸件的过程中，容易吸收气体和混A非金属杂物，从而降低了铸件的使用性能和加工性能。目前研制成功的泡沫陶瓷过滤片为铝合金铸件生产提供了一种新型的、高效率的过滤器。它不同于通常的单层钻孔筛板和玻璃纤维筛网，而是有着多层网络和弯曲的通孔，能充分地滤除铝合金熔体中的细小非金属夹杂物，从而提高了铸件的质量34。泡沫陶瓷过滤片用于铝合金熔体的过滤，通常选用堇青石质，网眼尺寸为08-10m。西安飞机制造公司采用（90mm80mmx20J瑚)泡沫陶瓷滤片，使油泵弯管头、离台器壳、变扭器壳体等铸件的合格率提高了4070,仅此一项，就为该公司每年新增产值200万元。实现利税30万元1。7.2 铜台金铸造过滤有色金属熔体（黄铜、青铜、锌、锡）在铸造过程中，同样也会产生氧化和非金属杂物，出现大量的废品，若采用泡沫陶瓷滤片可大大降低废品率.泡沫陶瓷滤片用于铜合金熔体的过滤，通常选用堇青石质，网眼尺寸为1.01。2mm。西安高压开关厂选用(80x60mm 15mm）泡沫陶瓷滤片过滤090、097高压触头铸件，使废品率由原来的3O4O降低到3一4。1.7。3 钢铁铸造过滤泡沫陶瓷同样适用于球磨铸铁、台金钢、不锈钢等高温台金的铸造过滤。钢铁台金比重较大，熔点高,要求泡沫陶瓷的高温强度、软化温度以及抗热冲击性都要比过滤铝、铜高.通常选用氧化铝和碳化硅质的泡沫陶瓷过滤片，滤片的网眼尺寸为23cm。1.7.4 汽车尾气净化处理器催化剂载体随着我国汽车行业的不断发展，汽车尾气排放已成为环境污染的主要来源 由于泡沫陶瓷具有比表面积高、热稳定性好 耐磨、不易中毒、低密度，已广泛作为汽车尾气催化净化器载体使用。将泡沫陶瓷汽车尾气催化净化器安装在汽油车排气管中，可以使汽油车排出的CO、HC、NO有害气体转化成CO2、H2O、N2，转化率可达 9O以上；用在柴油车上，碳粒净化率在5O以上。当泡沫陶瓷滤芯积满碳粒时,可以采用催化氧化法或电控燃烧法再生,不断消除沉积的碳粒达到长期使用的目的。1.7。5 热交换器在高温条件下，泡沫陶瓷具有优良的热辐射特性，被用于强化传热和多孔介质的燃烧技术中,效果显著。因为具有较高孔隙度的泡沫陶瓷拥有相当大的热交换面积，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A烟道，并将泡沫陶瓷加热到炉内相近的温度，泡沫陶瓷反过来向炉内辐射热能,从而使炉内向烟道口散失的热能得到部分补偿，据 日本资料介绍，可以节约热能30%. 1.7。6 吸声材料由于泡沫尚瓷具有大量的从表到里的三维互相贯通的网状小孔结构.当声波传人泡沫陶瓷内部后，引起孔隙中的空气振动，并与陶瓷筋络发生摩擦，由于粘滞作用，声波转变为热能而消耗,从而达到吸收噪音的效果。目前有人正在研究把泡沫陶瓷作为一 种降音隔声屏障用于地铁、隧道、影院、蒸汽房等有较高噪音的地方效果很好。1。7.7 生物材料目前很多院校和科研单位都致力于多孔羟基磷灰石生物尚瓷的研究.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,对人体无毒，具有极好的生物相容性和生物活性 用添加增孔荆和制作泡沫陶瓷的方法,制备多孔羟基磷灰石生物陶瓷，利用其相互连通的孔隙有利于组织液的微循环，促进细胞的渗入和生长.目前，出现的泡沫陶瓷羟基磷灰石人工骨和义眼，已用于临床实验，引起了医学界和材料工程学界的极大关注。1.7。8 微孔膜陶瓷分离膜所具有的耐酸碱、耐侵蚀、耐高温、抗老化、使用寿命长等优点已被人们所认识，并被开发应用于食品工业、生物化工、能源工程、环境工程、电子技术等许多领域.随着材料科学的发展，纳米级多孔无机膜的制备和应用成为人们 目前研究的热点。1。7.9 食品、卫生行业用泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷由于具有耐高温、耐腐蚀和 良好的生物、化学特性，因而可用于医药工业中的酶、病毒、疫苗、核酸、蛋白质等生理活性物质的浓缩、分离、精制等。在食品、饮料 究力度。工业中，特别适用于对色、香、昧要求高的饮料及低度酒类的过滤，并可望在啤酒的生产中发挥巨大的作用 。1。7。10 环境材料 随着现代工业的发展,各行各业在生产中排放的有害气体和废水也越来越多，如果处理不当，就会严重影响人类的生存环境，所以环境保护成为时代的主题。泡沫陶瓷在汽车催化转化器的应用已经有很长时间。除臭用泡沫陶瓷催化器能使废水中有机溶剂、恶臭气体催化燃烧，达到除臭净化的目的.采用耐高温且有足够强度的抗热震性能的高渗透性泡沫陶瓷可有效除去高温含尘气体.城市污水处理过程中，泡沫陶瓷材料也成为曝气处理所用材料。1.7.11 隔热材料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为耐热砖，其材质有ZrO2