泡沫陶瓷的制备方法及研究进展

泡沫陶瓷的制备方法及研究进展

宁静

（青岛博梵拓达新材料有限公司，青岛266019）

摘要本文综述了泡沫陶瓷材料的制备工艺及其研究进展，并着重叙述了目前规模化生产泡沫陶瓷最为广泛采用的有机泡沫浸渍工艺。

关键词：泡沫陶瓷，有机泡沫浸渍法，浆料，工艺

Preparation Technology and Research on Development of Ceramic Foam

Ning Jing

(Qingdao Boffin-Toda Advanced Ceramics Co., Ltd., Qingdao 266019)

Abstract This article reviews preparation technology and research on development of ceramic foam,with emphasis on the polymeric sponge replication method which has been widely used in large-scale production.

Key words Ceramic Foams;Polymeric Sponge Replication Method;Slurry; Preparation Technology

作者简介：宁静，男，1984,06，汉，主要负责泡沫陶瓷材料的研发、生产及工艺控制。

前言

泡沫陶瓷被广泛应用在冶金、环保、化工等行业，如熔融金属过滤器、催化剂载体等，这些应用是因为它具有独特的三维网状结构并且存在许多气孔，这些互相贯通的气孔使得这类陶瓷容重低、导热慢并且比表面积相对较大，同时在高温下保持化学稳定性。近年来，国家对环境保护极其重视，相关环保法律、法规日趋严格，泡沫陶瓷在该领域的应用再次得到关注。

最早在20世纪70年代，用于铝合金过滤和铁及其合金的泡沫陶瓷先后成功的被美国联合铝业公司（Consolidated Aluminum）的Mollard FR和Davison N研制出来[1,2]。而后，英国、日本、德国等国家也开始研究，我国也在20世纪80年代积极加入到泡沫陶瓷研究的行列中。经过近30年的发展，国内生产泡沫陶瓷的厂家越来越多，制造装备水平有了长足发展，但产品质量良莠不齐，与国外生产厂家标准化、系列化的产品相比，不论外观质量还是产品性能等还有较大提升空间，表1列举了国外泡沫陶瓷生产商及主要产品的应用范围。

通常多孔陶瓷被分为微孔陶瓷、介孔陶瓷和宏孔陶瓷，这一分类方法是由IUPAC（国际理论和应用化学联合会）根据孔径大小区分的，泡沫陶瓷则属于该分类下的宏孔陶瓷材料。

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泡沫陶瓷是由普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷发展而来的新型多孔陶瓷材料，70~90%的孔隙率使得它的结构充满了互相贯通的气孔，而有机泡沫塑料的使用使得泡沫陶瓷同样具有像泡沫一样的三维网状结构，因而常被称作“瓷化了的泡沫”。泡沫陶瓷常被应用于冶金熔融金属液过滤、污水处理、汽车尾气催化净化器、节能材料，这些应用正是利用了它较高的孔隙率和较大的比表面的特点，同时兼有机械强度较高、高温下化学稳定性好，及吸附性好的优良特性。

2.泡沫陶瓷的制备工艺

科技工作者为了充分发挥泡沫陶瓷的使用价值，使其能在不同的领域所使用，在制备工艺上进行了许多的尝试和总结，获取了以下多种制备泡沫陶瓷的工艺方法：

2.1添加造孔剂法[3]

这类泡沫陶瓷的成孔原理是：在起初配置原料时便混入造孔剂，造孔剂的选择和加入量是该项工艺的关键点，造孔剂可以选择碳粉或者氯化铵、碳酸铵、碳酸钙等化合物，这类造孔剂属无机类造孔剂；造孔剂也可以选择诸如有机酸、天然纤维、大分子量的聚合物等，这类造孔剂属有机类造孔剂。当这些散乱分布的造孔剂经过高温烧制时，会被分解，其原有位置便会形成气孔，从而获得泡沫陶瓷。但该工艺无法制备孔隙率高的泡沫陶瓷，且气孔的分布是杂乱不均的。

2.2自蔓延高温合成工艺（self propagating with high-temperature synthesis，SHS）[4]

这类多孔陶瓷的成孔原理是基于化学反应，是由前苏联的科学家Mazhanov A. G.在上世纪60年代提出的，该化学反应伴随着高热量的释放，当体系获得足以促使局部发生化学反应的能量的时候，反应便开始了，而这个反应又因为本身的高热量的释放得以持续进行，整个体系被这种燃烧不断的蔓延，最终制得多孔陶瓷材料。这种工艺制备的陶瓷材料孔隙率是较高的，并且具有连续的网格结构。但是该工艺无法控制化学反应的速率，这导致该工艺无法控制所需制品的尺寸。

2.3溶胶-凝胶制备工艺[5]

该工艺最初是由美国橡树岭国家实验室提出的，国内固化氧化铝泡沫陶瓷便是戴春雷等人[6]通过该种方法制得的，这种工艺的大致原理是：在陶瓷原料中加入有机单体，以及催化剂和引发剂，然后一起经球磨充分混合后制得浆料，然后用有机泡沫塑料充分浸泡在该浆料中，这时会在有机泡沫塑料的孔筋上附着有该浆料，陶瓷原料中加入的有机单体会连同加入的催化剂、引发剂共同作用下发生原位聚合反应，这种反应使得附着在有机泡沫塑料孔筋上的浆料逐步凝固，最终制备出多孔陶瓷。这种工艺制备的泡沫陶瓷内部结构均匀性较好，适合于制作异形件，对于工业化生产来说工艺也并不太复杂。

2.4陶瓷浆料发泡工艺[7]

该工艺的成孔原理大致为：在配置陶瓷泥浆原料时，同时混入发泡剂，发泡剂可以选择有机物也可以选择无机物，气泡的产生给制品带来了大量气孔，气泡产生的过程通常因为这些加入的发泡剂进行的化学反应，而气泡大部分独立存在于机体内部，这使得经过干燥、烧制后的制品中的气孔绝大部分是闭气孔。但是这种工艺中，气泡产生的速度以及产生的量等条 …… 此处隐藏：7241字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……