论文部分内容阅读
高气孔率多孔陶瓷(气孔率>80%)不仅具有陶瓷材料所特有高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点,而且还具有比表面积高,孔径形状、孔径大小可控等特点,使其成为重要的军民两用材料,如航空航天用宽频“透波”天线罩和化学工业用催化剂载体等。因此,研究多孔陶瓷制备技术对其获得更广泛应用意义重大。本文针对目前工业界广泛应用的刚性模板法制备技术中烧结困难、污染严重等缺点,基于气体模板具有可压缩变形和可流动性以及能够释放多孔陶瓷坯体干燥与烧结过程中的内应力等特性,创新性地提出了一种基于自由基聚合、凝胶注模、表面活性剂搅拌发泡及重气体向上排气收集等基本原理来制备多孔陶瓷的新方法—重气体-凝胶注模法。通过研究搅拌发泡设备及发泡的影响因素,探索出重气体-凝胶注模技术制备多孔陶瓷材料的技术工艺路线,成功地制备出了高气孔率A1203和SiC多孔陶瓷材料,并对重气体-凝胶注模法的孔形成理论进行了探讨,得到如下结果:1.发明的重气体-凝胶注模法可用于制备多孔(包括开孔和封闭孔)A1203陶瓷和多孔SiC陶瓷等多种多孔陶瓷材料,具有工艺简单、凝胶速度快、隔绝空气彻底、孔径分布均匀、大小可控等特点。2.重气体-凝胶注模成型技术适用于制备密度在0.54 g/cm3至1.18 g/cm3范围内多孔A1203陶瓷,获得的多孔A1203陶瓷具有卓越的性能,最低密度可达0.54 g/cm3,压缩强度度达到30 MPa左右,介电常数εr为1.7,介电损耗tgδ在10-4数量级。3.Mg(N03)2烧结助剂能够抑制A1203晶粒长大,而Ti02则促进A1203晶粒生长。利用二者的差异特点,进而采用Mg(N03)2和Ti02复合烧结助剂,促进了多孔A1203陶瓷晶粒的定向生长,并提出了 A1203陶瓷晶体定向生长与控制模型。4.重气体-凝胶注模成型后反应烧结制备出的多孔SiC陶瓷微观结构呈蜂窝状,孔径尺寸约为100 μm,孔壁厚度在4～8μm之间;孔壁主要是由SiC和少量Si两相构成,其中单质Si分布于孔壁表面,而SiC存在于孔壁内部。采用高温真空可除去孔壁表面的富余Si,再用氮气将分散在孔壁内部的残余Si转化成Si3N4,可使基体内单质Si含量降低至4.8%。5.在研究重气体-凝胶注模法制备多孔SiC陶瓷的过程中,设计了 Si、C反应的专用设备,并以Si、Cu复合粉体为原料,最终确立了 Si、C反应的最低温度在1200～1250℃之间,这为Si、C反应机理分析提供了依据。6.重气体-凝胶注模成型技术的机理研究结果表明,搅拌发泡是制备多孔陶瓷的关键。调整料浆的发泡率,可以分别获得闭孔和开孔陶瓷坯体。7.基于刚性模板干燥收缩模型和试验分析结果,提出了气体模板干燥收缩模型,阐述了柔性气体模板造孔剂在多孔陶瓷干燥过程中的作用。