多孔碳化硅陶瓷制备及性能测试袁兴余.doc

北方民族大学材料学院
选修实验结题报告书（创新研究型

题目： 多孔碳化硅陶瓷制备及性能测试

指导教师： 韩 非

姓名： 袁兴余

学号： 20083194

起止日期： 2011.10.28-2011.12.20

北方民族大学材料学院

填表日期：2012 年 03 月 02 日

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一 问题分析

众所周知，在全球经济发展的浪潮中，全球工业的飞速发展下，环境与资源是人类遇到的两大难题，
节省资源，保护环境的要求越来越高，因此，适应这种形势发展的材料是十分需要的。
而多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需要的材料，它能够提高效率、节约能源，尤其在环境保护方
面发挥着越来越大的作用。19 世纪末多孔陶瓷开始发展，初期只是用作铀提纯和细菌过滤的材料。然而
随着控制细孔结构的技术不断提高，多孔陶瓷既能够具有陶瓷基体的优良性能，同时还具有更好的气孔
率、气孔表面和可调节的气孔形状、孔径及其分布、气孔孔径在三维空间的连通和分布等，以及对应的
良好的热、电、光、化学等性能。多孔陶瓷被广泛应用于化工、环保、能源、冶金、电子、石油、冶炼、
纺织、制药、食品机械、水泥等领域并有广阔的发展前景，作为吸声材料、敏感元件和人工骨、齿根等 材料，也受到人们越来越多的重视。现在，多孔陶瓷在烟尘过滤，泥污处理、污水净化、吸声降噪以及
对各式各样的污染物的催化净化等领域的应用，也无不说明了多孔陶瓷在环境保护方面的重大意义。
多孔陶瓷的制备技术很重要，其结构和使用性能都受到其制备工艺的控制。制备多孔陶瓷的方法常 用的有挤压成型法、发泡法、造孔剂法、溶胶凝胶法、有机泡沫浸渍法，随着多孔陶瓷研究的逐步深入， 越来越多的新方法应用于制备多孔陶瓷中。新发展的有自蔓延高温合成法、超临界干燥法、原位反应法、
相变造孔、阳极氧化法等，这些方法各有优点，适用于不同类型的多孔陶瓷制备，用于不同的场合。尽
管多孔陶瓷制备技术已从初期的摸索逐步进入了应用阶段，但仍有很多问题有待解决：(l)各种制备技术
对多孔陶瓷结构的精确控制。(2)合理协调孔隙度与强度两者之间的关系。 (3)理化性质的表征方法有待 进一步的发展完善。(4)加强学科间的交叉研究是十分必要的。(5)生产成本的进一步降低。(6)制造工艺较
复杂，难以大规模生产。
本实验主要讨论多孔碳化硅陶瓷的制备及性能的测试，目的是为让大家了解多孔碳化硅陶瓷的基本 结构、多孔碳化硅陶瓷制备方法和孔碳化硅陶瓷性能检测方法。通过对本实验制备的碳化硅多孔陶瓷进
行性能检测与研究，为以后制备更加优良的多孔陶瓷提供备选方案，为多孔陶瓷进入工业领域打下基础。

1.多孔陶瓷具有以下特点？
答：(1)气孔率高。多孔陶瓷的重要特征是具有中较多的均匀可控的气孔。
(2)强度高。多孔陶瓷原材料一般由金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等本身具有较
高的强度，煅烧后颗粒边界部分发生融化而粘结，形成了具有较高强度的陶瓷。
(3)物理和化学性质稳定。多孔陶瓷材料可以耐酸、碱腐蚀，也能够承受高温、高
压，自身洁净状态好，不会造成二次污染，是一种绿色环保的功能材料。
(4)过滤精度高，再生性能好。
2.碳化硅多孔陶瓷有哪些制备方法和优点？
答：A、添加造孔剂法

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添加造孔剂法是指在原料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后
在升温或烧结过程中，使造孔剂燃尽或挥发而在陶瓷体中留下孔隙来制备多孔陶瓷。
其工艺与普通陶瓷工艺相似，关键在于造孔剂种类和用量的选择，以及在基料中的均
匀分布性.造孔剂加入的目的在于促使气孔率增加，它必须满足下列要求：在加热过程中易
于排除；排除后在基体中无有害残留物；不与基体反应。通过改变造孔剂的加入量可以调
节气孔率。在基料和造孔剂颗粒尺寸一定的条件下，随造孔剂含量的增加，显气孔率增大，
而体积密度与抗压强度则减小。
烧结过程中，一般采用无压氧化环境烧结，为了提高产品的性能，通常加入一定量的
铝粉、氧化铝、氧化钇等作为烧结助剂.随烧结温度的升高，烧结体致密性越高，从而使气
孔率下降。
添加造孔剂法的优点是采用不同的成型方法可制得形状复杂、气孔结构各异的制品， 工艺过程简单，添加剂少，成本较低；缺点是难以制取高气孔率制品，气孔分布均匀性较
差，对造孔剂的分散性要求比较高等。
B、发泡法
通过向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质作为发泡剂，在加热处理时成挥发性
气体，产生泡沫，经干燥和烧成后制得碳化硅多孔陶瓷。
在制备过程中，发泡剂选择非常关键通过调整发泡剂种类及陶瓷料浆中各成分比例，
可控制制品的性能。发泡剂的细度是影响发泡剂与坯料能否充分混合的重要因素之一，发 泡剂颗粒度越细，对提高发泡剂在坯料中的分散度越有利，越能保证材料发泡膨胀的均一
性。
适宜的烧成技术参数与严格的烧成控制，对发泡陶瓷制品的品质影响较大。在高 温条件下，发泡剂与其它组分共熔，其反应越完全，膨胀发泡效果越显着。高温保温措施
是保证其充分反应的理想手段。
利用发泡工艺可以得到高孔隙率（40%~90%） 强度的碳化硅多孔陶瓷材料。孔 、高
径尺寸在 10Lm~2mm.采用该法更容易制得一定形状、组成和密度的多孔陶瓷，而且还可以
制备出小孔径的闭口气孔。其缺点主要是对原料的要求高，工艺条件不易控制，整个制备
工艺过程不能进行精确的量化控制等。
C、颗粒堆积法
也称为固态烧结法,其成孔是通过颗粒堆积留下空隙形成气孔。在骨料中加入相同组分
的微细颗粒及一些添加剂,利用微细颗粒易于烧结的特点,在一定温度下将大颗粒连接起来。
由于每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连接,因而形成大量三维贯通孔道。
D、有机泡沫浸渍法
该法是用有机泡沫浸渍陶瓷浆料,干燥后在高温下烧掉有机泡沫载体形成孔隙结构而获
得多孔陶瓷的一种方法。其独特之处在于它凭借有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的
特殊结构,将制备好的浆料均匀地涂覆在有机泡沫网状体上,而烧掉有机泡沫后获得的孔隙
是网眼型的[21]。其孔径尺寸主要取决于有机泡沫体的孔径尺寸,与涂覆厚度也有一定的关

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