rbao法制备氧化铝多孔陶瓷研究

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1、1882009全国粉末冶金学术会议RBAO法制备氧化铝多孔陶瓷研究赵三团李先容王威徐俊(表面物理与化学国家重点实验室四川绵阳718信箱35分箱621907)摘要本文研究了RBAO法制备氧化铝多孔陶瓷，得到了研磨条件、Al含量、氧化铝颗粒细度及升温制度等工艺参数对氧化铝多孔陶瓷性能的影响规律。结果表明：采用RBAO，对各项工艺参数应进行严格的控制，合理的调整彼此关系，可以获得一定气孔率和气孔大小的氧化铝多孔陶瓷。关键词RBAO氧化铝多孔陶瓷1引言多孔陶瓷由于具有耐高温、耐化学侵蚀、孔径分布均匀、比表面积大等优点，在氚工

2、艺、化学床、熔融金属过滤、屏蔽、三废处理、气体过滤、催化剂载体、隔热和散气等领域有广泛的应用。氧化铝多孔陶瓷是目前最为常用的多孔陶瓷。传统的氧化铝多孔陶瓷制备工艺为：在氧化铝骨料中加入粘结剂(粘土、水玻璃及高岭土等)与成孔剂(焦炭、煤粉及碳酸盐等)，然后高温煅烧，成孔剂燃烧或分解，形成气孔，从而制得氧化铝多孔陶瓷。但粘结剂的加入使多孔陶瓷制品强度降低，成孔剂的加入使坯体强度降低，加工性变差，成孔剂还往往有残留，影响产品的使用性能。RBAO(Reaction—bondedaluminumoxide：反应结合制备氧化铝陶

3、瓷)是一种全新的近一净尺寸成型技术。所谓RBAO技术，即指在氧化铝原料中加入金属Al粉(35％～60％体积分数)，成型后的生坯在空气中加热，Al粉发生氧化反应，生成AI：O，，这个反应具有27％的体积膨胀效应，可以大大弥补烧结体积收缩，降低坯体收缩率，通过工艺控制，收缩率可以控制在l％以内，远远小于传统工艺的15％左右的收缩率。由铝粉氧化生成的AI：O，颗粒非常细小，一般在20—50nm，因而具有非常高的活性，可降低烧结温度。由于原料中含有塑性很好的金属m粉，使压制成型的坯体具有很高的生坯强度，具有很好的机械加工性能

4、，利于制备复杂形状的陶瓷坯体。本课题的目标就是通过RBAO工艺，用铝粉代替传统的造孔剂与成型剂，可以制备出性能优良的氧化铝多孔陶瓷。2实验方法实验所用原料为：金属铝粉(200目，分析纯，天津化学试剂厂)，Ot—AI：O，(1斗m一101xm，纯度99％，郑州轻金属研究院)及刚玉(80目，220目)。将金属铝粉与氧化铝混合后，用酒精做球磨介质，氧化铝球做研磨球，料、酒精、研磨球的重量比为1：3：1，在滚筒球磨机上分别湿磨。球磨后的料浆在在真空烘箱中，100℃的温度下干燥，然后过100目筛。在等静压机上，200MPa下压

5、制成qb20mm的圆棒，并切割成620ramX8mm的圆片。为初步确定试样的烧结工艺，对球磨24h后的粉末进行了TG与DTA分析。试样在硅钼棒炉中烧结。测试了试样的烧结前后的尺寸，计算得到试样的膨胀率，并用直接称重体积计算法测出试样的气孔率。扫描电镜对试样断口进行了显微结构分析。有色金属粉末厦M品3实验结果3．1AI／AI：O，粉末的氧化反应机理球麝24小时后的试样(铅粉35％．粒度5p．m—lO“m．氧化铝粉65％，粒度为200目)的热分析结圈2铝册璋詹前后SEM目片对不同的RBAO配料，升温速度也有区别，升温速度

6、主要与以下两个因素有关：(a)配料中氧化铝颗粒尺寸大小有关；(b)配料组成，特别是Al的含量。对于氧化铝原料为99氧化铝的RBAO坯体，如果Al的音量在30％以下，可以直接以较快的升温速度(2。C／min)升温至烧成温度，样品不会出现渗出铝珠和开裂等缺陷。如果氧化铝原料为较粗的刚玉扮，则必须严格控制升沮速度，并在5506C保温，在10000C以前的升温速度应控制在1“C／min以内。2009全国掰末冶盒学术会议3．3球磨时间对RBAO试样性能的影响幽2为铝粉球磨前后的扫描图片，球唐前铝粉为球形或者近球形，而球磨后的铝

7、粉则变成丁片状。这是由于铝的塑性很好，球磨过程中，在磨球的撞击下发生了塑性变形。用3为币同球磨时间的铝／氧目4试样的断口扫描m片三、有色金属粉末及制品191述瓣罱扩球磨时间m图5球磨时间对试样膨胀率和气孔率的影响3．4铝粉含量对试样性能的影响由于RBAO工艺主要是依据Al的氧化而产生的，因此它的加入量对制品性能影响极大。铝粉含量对试样气孔率和膨胀率的影响如图6所示，对99氧化铝粉，随着铝粉含量由0％增加到25％，试样的气孔率由3％增加到27％，膨胀率由一7％增加到15％。对220目刚玉，随着铝粉含量由10％增加到25

8、％，试样的气孔率由26％增加到33％，而膨胀率变化很小，其值在2％左右。由于舢粉发生氧化反应，生成A1：O，，这个反应具有27％的体积膨胀效应，由此对99氧化铝粉，随着Al粉含量的增加，试样的膨胀率增加，从而气孔率增大。但对220目刚玉粉，由于坯体的气孔率很大，Al粉发生氧化反应膨胀后，坯体中的气孔为新生成的氧化铝提供了部分空间，所以坯体总的体