含先驱体原料低温烧成sic多孔陶瓷的分析

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1页l绪论1．1多孔陶瓷1．1．1多孔陶瓷的定义和分类多孔陶瓷是陶瓷的一个重要类别，其发展始于十九世纪七十年代，存在多种定义，但比较简单而且广泛的说法是：多孔陶瓷是一种含有较多孔，并且是利用其孔结构所具有的功能的一类无机非金属材料⋯。目前多孔陶瓷无统一分类，可以按照孔径大小、孔隙形貌及骨料不同等进行分类。按照多孔陶瓷材料孔隙形貌的不同，可分为两类：蜂窝陶瓷材料和泡沫陶瓷材料【2’3】。前者的孔隙形成二维排列，后者则由中空多面体(孔隙)作三维排列。泡沫陶瓷材料还可进一步细分为开-TL(或网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料．根据国际纯

2、粹与应用化学联合会(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry，IUPAC)的定义，多孔材料按孔径大小可分为【4l：微孔(micropore，孔径≤2nm)、中孔(mesopore，孔径在2-50nm之间)和大孔(macropore，孔径>50nm)材料。根据所用骨料不同，可分为表1．1中六种材质的多孔陶瓷【‘．5】。表1—1多孔陶瓷按骨料不同的分类Tab．1—1CIassifyofporousceramiCbyaggregatespecies纳米多孔(Nanoporous)材料是多孔材料的重要组成部分【61，它是

3、指具有显著表面效应、孔径介于1～100nm、具有高孔隙率和比表面积的多孔固体西南科技大学硕士研究生学位论文第2页材料，包括部分微孔材料和全部介孔材料。表卜2几种常用的子L结构测试方法Tab．1—2Testingmethodsofporestructure1．1．2多孑L陶瓷性能及其测试1．1．2．1多孔陶瓷孔结构的表征技术多孔陶瓷最基本的参量是直接表达其孔隙性状的指标，如孔隙率、孔径、西南科技大学硕士研究生学位论文第3页孔径分布、比表面积等，其中孔隙率(又称气孔率)指标是这些基本参量中的主要指标。多孔陶瓷的孔隙率，是指多孔陶瓷中孔隙所占体积与多孔陶瓷总体积之

4、比，一般以百分数来表示。该指标是多孔陶瓷最重要的基本参量，是决定多孔材料导热性、导电性、光学性能、声学性能、抗拉强度等物理、力学性能的关键因素【_7’8】。多孔陶瓷孔隙性状有多种检验测试手段，包括物理、光学等方法(表1．2)。1．1．2．2多子L陶瓷的力学性能在脆性固体中，孔隙的存在会显著影响材料的力学性能。孔隙率是影响陶瓷材料强度的主要因素之一，孔隙的存在会降低材料的弹性模量，使强度降低。一方面孔隙降低了载荷作用的横截面积，孔隙附近是材料中应力集中的区域；另一方面，孔隙又可能诱发微裂纹。有关材料的强度与孔隙率的关系式有很多，目前应用较多的是[9,to】：仃

5、---O-oe一助式中仃、Or0分别为孔隙率为P和零时的强度，b为常数范围在4～7之间，P代表材料的孔隙率，从上式可以得出，孔隙率降低陶瓷强度增大。因此孔隙的存在常被视为有害的因素。但是很多情况下必须用到陶瓷中的孔结构，如，过滤材料，催化剂载体，耐火保温材料等，这些材料也要求具有一定的机械力学可靠性，因此对多孔陶瓷的力学性能进行研究也是其制备过程中的关键问题。这些力学性能包括弹性行为、断裂韧性、抗压强度、拉伸强度、塑性形变。1．1．3．3多孔陶瓷的热学性能材料的热学性能决定着材料在高温条件下的应用。很多多孔陶瓷用于高温场合，如汽车尾气的催化剂载体材料需要承受

6、发动机排出的高温烟气高达1000℃，其他多孔陶瓷材料如熔融金属过滤器、高温气体净化器、热交换器等均用于高温条件下。因此对于研究和了解多孔陶瓷的高温性能很有意义，如动态热机械性能、高温蠕变、热膨胀系数、导热系数、抗热震性能。1．1．3．4多孔陶瓷的光学性能发光材料是多孔陶瓷材料应用的一个重要方面，如长余辉光致发光多孔陶瓷材料、多孔硅发光材料和多孔氧化铝发光材料。西南科技大学硕士研究生学位论文第4页1．1．3多孔陶瓷成型技术普通陶瓷的成型方法很多，可以分为干法和湿法，多孔陶瓷的成型则主要有模压成型、挤出成型、等静压成型、轧制成型、注射成型和浇注成型等⋯小】，各种

7、成型方法存在各自的优缺点(表1．3)。表1—3多孔陶瓷成型方法比较Tab．1—3ComparisonofshapingmethodsofpoI’OUSceramiCS1．1．4多孔陶瓷的制备1．1．4．1添加造孑L剂法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【161。在普通陶瓷工艺中，调整烧结温度和时间可以控制西南科技大学硕士研究生学位论文第5页烧结制品的孔隙率和强度，但对于多孔陶瓷，烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失，烧结温度太低则制品强度低。采用添加

8、造孔剂的方法则可避免这种缺点，使烧结制品既具有高的孔