多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备分析

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AbstractHoneycombceramicswithmanyparallelthroughchannelhavewidelybeenusedascarexhaustcatalystcarrierbecauseofitsimpactresistance，lightweightetc．Atpresent，thecarrierarecordieritehoneycombceramics，basedonthethinholewall，thecharacteristicsofsmallcoefhcientofthermalexpansion．butcordieritehasseveraldisadvantages，firingrangenarrow，lowthermalconductivity，loadofthecatalystiseasytofalloffleadtothefailureofcatalytic，limitsthebroaderapplication．SiChoneycombceramicsarehighwearresistance，highcorrosionresistance，highcoefficientofthermalconductivity，thermalstabilityresultinirreplaceableresearchvalueasacatalystcarrier．BasedontheresearchofporousSiCceramicsandhoneycombceramic，carriedoutthepreparationofporousSiChoneycombceramics，withaddingpore-formingagent，bypressurelesssinteringandextrusionmoldingtechnology，finallypreparedhighporosityporousSiChoneycombceramics，analysedthesinteringproperties，mechanicalproperties，microstructure，physicalphasecompositionandporestructurecharacteristics，layedanimportantfoundationfortheapplicationofporousSiChoneycombceramics．Themainresearchcontentsandconclusionswereasfollows：(1)PreparationofporousSiCceramicswithpore-formingagentPreparedporousSiCceramicswithbamboocharcoal／silicasol，starchandironoxideaspore-formingagent，bypressurelesssinteringtechnology，researchshowsthat：withbamboocharcoal／silicasolaspore-formingagent，therelativedensityofporousSiCceramicaspore-formingagentreduceswiththeincreasingofthecontent，thelineshrinkageandweightlessnessrateareascendant，thebendingstrength，bycontrast，graduallyincreases；Starchaspore—formingagent，densityrulesistheformersimilar，linecontractionchangesunstably，weightlossrateandstrengtharedown；Ironoxideaspore-formingagent，thedensityfallsaspore—formingagentcontentrising，linecontractionreduces，weightlossrateincreases，thebendingstrengthofchangeandpore-formingagentcontent，containsthroughholestructure．Addingpore—formingagenttoSiChasnoeffectonthecontentofphasecomposition．(2)PreparationofSiChoneycombceramicsbyextrusionmoldingtechnologyUsingextrusionmoldingtechnology，changedifferentmoisturecontent，smoothsurfaceSiChoneycombceramicbodyareprepared，withpressurelesssintering1II technology．preparedSiChoneycombceramic．ResearchshowsthattherelativedensitvofSiChoneycombceramicsfirstincreasesandthendecreaseswiththerisingofwatercontent，lineshrinkageandwei．ghtlessnessrateareadverse，bendingstrengthincreasesatfirstandthendecreasesbutaremorethan10MPa．Addingpore．formingagentadditivestoSiChavenoeffectonthecontentofhoneycombceramicsphasecomposition．(31PreparationofporousSiChoneycombceramicswithpore。formingagentcombinedwithextrusionmoldingtechnologyWithStarch．ironoxideaspore．formingagent，byextrusionmoldingtechnologyandpressurelesssinteringtechnology，preparedporousSiChoneycombceramics·Researchshowsthat，withincreasingofpore-formingagentcontent，therelatlVedensityofporousSiChoneycombceramicsgraduallydeclines，lineshrinkageratereduces．weightlossraterises，bendingstrengthisreduced，strengthvaluesaremorethan8MPa：H01esaresphericalstructure，totalporevolumeincrease·Toironoxideaspore．fomlingagent，sinteringandmechanicalpropertiesaresimilarruleofstarch，buttheholesarethroughholestructure，poresizesdistributionbetween0．2～0·9岬·Keywords：SiC，ceramic，porous，honeycom，catalystcarrierIV 目录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯IAbstract⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯III第一章引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1第二章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32．1多孔陶瓷材料研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．32．2蜂窝材料研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52．2．1金属载体⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52．2．2蜂窝陶瓷载体研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．62．2．3蜂窝陶瓷成型工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯62．2．4蜂窝陶瓷的用途⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72．3立题依据与主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．82．3．1立题依据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯82．3．2研究思路与内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一lo第三章实验内容和研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113．1实验原料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113．2实验过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113．2．I竹炭和硅溶胶复合造孔剂制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯113．2．2添加造孔剂的多孔碳化硅陶瓷制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123．2．3挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯123．2．4多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133．3测试及表征方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133．3．1素坯／烧结体密度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．133．3．2烧结体线收缩率测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯143．3．3烧结体失重率测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．143．3．4力学性能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．143．3．5物相分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一143．3．6显微结构分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．153．3．7压汞分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一15 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯174．1竹炭和硅溶胶为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯174．1．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一174．1．2配方设计及烧结工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯174．1．3烧结性能和力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯184．1．4微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．214．1．5物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一234．2淀粉为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254．2．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一254．2．2配方设计及烧结工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254．2．3烧结性能和力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯254．2．4微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一284．2．5物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～314．3氧化铁为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324-3．1引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一324．3．2配方设计及烧结工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．3．3烧结性能和力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．3．4微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．364．3．5物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．374．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．1蜂窝陶瓷作为载体的特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．2挤出成型工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯415．2．1挤出成型工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一415．2．2陶瓷塑化剂⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．435．2．3挤出成型配方选取⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．445．3蜂窝陶瓷的干燥和烧成工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯455．3．1生坯的水分与干燥的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯455．3．2烧成工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．455．4不同含水量碳化硅蜂窝陶瓷的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．4．1烧结性能和力学性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯465．4．2微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．49 5．4．3物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．505．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯536．1前言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．536．2实验流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯546-3淀粉为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯556．3．1配方设计和烧结工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯556．3．2烧结性能和力学性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯556．3．3微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．586．3．4物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一596．3．5压汞分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．606．4氧化铁为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．4．1配方设计和烧结工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．4．2烧结性能和力学性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯626．4．3微观形貌分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一656．4．4物相组成分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一666．4．5压汞分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．686．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70第七章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯73参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一75致{射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯79个人简历⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．81攻读学位期间发表的学术论文及专利⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．83 第一章引言如今汽车已经成为人类生活不可或缺的交通工具，汽车带给我们便捷的同时又带来了诸多的问题，我国的汽车在2010年就已经突破了七千万辆，而现在更是数量庞大，但仍只是美国的四分之一左右，汽车如此众多，汽车尾气造成的污染也就由此可见了，如何寻找有效的手段来解决汽车尾气造成的空气污染，现在较多采用的方式为汽车尾气净化IlJ。汽车尾气净化器的工作条件因为汽车运行过程中的复杂情况而变得复杂化。汽车尾气净化器首先要经受短时间内从环境温度升高到排气温度(400～500V)的冷热交换冲击，还需要在1000。C以上的高温下工作，汽车在运行过程中还会有震动和磨损。所以载体要有较高的抗热冲击性能和较高的机械强度。载体材料还需具备低的热容量、高的热导率才能使得催化剂在短时间内发挥作用。众所周知，载体的比表面积越大可以负载的催化剂就越多，所以载体还要有较大的比表面积。此外，还应避免载体与催化剂间的化学反应导致的催化剂中毒，在选材时这点也是需要考虑的【2】。目前用于催化剂载体材料主要有金属载体和蜂窝陶瓷载体两大类。金属载体可降低汽车排气阻力，明显地改善汽车的动力性能，提高尾气的净化效率但由于其高昂的价格和复杂的生产过程往往令人望而却步；制备蜂窝陶瓷载体的材质除目前应用较为广泛的堇青a5夕f-，还有钛酸铝、氧化铝、碳化硅、锆英石、锂辉石、莫来石等，氧化铝的热膨胀系数最高虽然其使用温度高达1600。C，但是与同样使用温度下的锆石英相比，后者的热膨胀系数更低一些；而堇青石、钛酸铝、锂辉石和莫来石的热膨胀系数较低，但使用温度各有差异，堇青石蜂窝陶瓷具有孔壁薄，热膨胀系数小的特点，但是由于堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效，也限制了其推广应用，其他几种价格和使用温度上存在缺陷，而对于碳化硅材料虽然其热膨胀系数相对于以上几种来讲相对偏高，但在一定程度上可以满足性能的要求，同时还具有强度高，耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高比表面积、高比强等一系列优点【3】。汽车尾气处理的重要因素是比表面的大小，比较面积大，单位时间内的转化效率高，本文主要从提高比表面积上进行研究：首先从多孔碳化硅陶瓷的制备入手，通过前期的制备研究选择性能较好的实验方案为制备多孔碳化硅做准备；再通过研究不同组分的碳化硅蜂窝陶瓷选择合适的方案进行挤出成型工艺研究；最后制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷。制备的多孔碳化硅蜂窝陶瓷在理论上可以有效的提高单位时间内的转化效率，而且由于其造孔剂的价格低廉，可进行一定的市场应用，为环境保护提供有力的基础。 浙江大学硕士学位论文本论文共由七章组成。第一章是引言，阐述本课题研究的背景、思路和意义；第二章是文献综述，主要论述多孔和蜂窝陶瓷的的研究现状，在此基础上，提出本课题研究的内容、目的意义；第三章是实验内容和研究方法；第四章为多孔碳化硅陶瓷的制备和分析，主要是不同的造孔剂竹炭和二氧化硅溶胶、淀粉、氧化铁的结构分析；第五章研究了碳化硅蜂窝陶瓷的挤出成型工艺及其性能分析；第六章为多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备及分析；第七章为全文总结。2 第二章文献综述本章首先介绍了多孔陶瓷材料的研究现状，然后介绍了金属载体和蜂窝陶瓷的研究现状及其应用，主要内容如下：2．1多孔陶瓷材料研究现状多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料【4一】。陶瓷材料在现实应用中均有或多或少的气孔，不可能完全是在理论密度下生成，所以为了提高陶瓷的性能，要通过多种手段来尽可能的消除其中存在的气相部分。而多孔陶瓷材料则是在保持一定力学性能的条件下尽可能生成较多的孔洞和较为理想的孔结构，最好能实现孔的结构和大小可以控制。多孔陶瓷材料的性能较好，优点较多如具有良好的透过性、较低的密度、较高的硬度、比表面积大、以及耐高温、耐腐蚀等优良特性，从而广泛地应用于冶金、环保、化工、能源、生物、食品、医药等领域，可以作为过滤材料、分离材料、隔热材料、吸收噪声、化工填料、生物陶瓷、化学传感器等等[8-12】。多孔陶瓷材料与其它的多孔材料相比，如多孔有机滤膜、玻璃纤维滤布等也可以应用到临床医学上病毒和细菌等微生物的过滤方面；也可以用到水资源净化方面以及工业生产中的溶液杂质过滤和工厂中高温烟尘过滤等。对于在较高的压力、较高的温度和较强的腐蚀性等环境下的气固分离或是液固分离过滤的过程中，多孔陶瓷材料更是具有无可替代的优越性[13-16】。多孔材料的制备原料有很多，包括堇青石、莫来石、碳化硅、氧化铝、部分稳定化氧化锆及一些复合材料体系制造的多孔陶瓷。而碳化硅陶瓷作为一种典型的共价键结合的材料，因其具有高强度、高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性、高抗氧化性、高热导率和高电导率以及热稳定性好的特点，在机械、能源、化工、军工等高技术领域得到了大量应用[17-231。SiC是典型的共价键化合物，SiC的晶体结构独特，C与Si同属于元素周期表中的第VIA族，最外层电子数均为4个，其电子杂化轨道分别为Si(3S23p2)和C(2S23∥)。SiC晶格缺陷少，si和C原子之间的共价结合很强，从而使两者形成共价键很强的化合物。理论计算表明，Si．C之间的平均键能高达300KJ／mol，其中总能量的78％属于共价键，总能量的12％属于离子键，10％属于混合态，又由于si和C原子半径均较小，进一步使得si．c之间的共价键加强，决定了sic的高硬度，一定的机械强度，和难以烧结等特点【24-281。碳化硅多孔陶瓷材料的制备方法较多，如氧化黏结法、燃烧合成法(SHS)、3 浙江大学硕士学位论文聚碳硅烷转化法、碳热反应法、化学气相浸渍与反应法、溶胶凝胶／碳热还原法、液si渗入法等【29．37】。氧化粘结法以碳化硅，氧化铝和碳为原料，碳充当成孔剂，在l100～1500℃于空气中烧结，碳化硅表层被氧化生成二氧化硅玻璃相使颗粒相互粘结。燃烧合成法是用l：l的硅和碳粉末为原料，压制成相对密度为50％的坯体，然后在SHS装置中反应，样品上下表面用钼线引出并接在直流电源上。先把样品加热到1430。C，然后施加20A、30V的直流电诱导反应。由于Si、C反应放出的热量不足以引发SHS反应，故点燃温度要高于si的熔点(1412。C)。聚碳硅烷转化法是把聚碳硅烷(PCS)作为粘结剂和陶瓷前驱体。首先把PCS包覆在碳化硅颗粒表面，然后利用高温下PCS热解生成的碳化硅使原碳化硅颗粒粘结在一起。碳热反应是用1：3的氮化硅和碳粉，添加氧化钇和氧化铝作烧结助剂。压坯先在氮气中于1600。C预烧2～8小时诱导反应，然后在1750～1900。C烧结。化学气相浸渍与反应(CVI．R)以碳化纸板为坯体，CH3SiCl3(MTS)为前驱体，MTS通过气相反应在坯体中的纤维表面沉积并转变成碳化硅，得到多孔陶瓷。溶胶凝胶／碳热还原是把一定比例的水、盐酸和TEOS配制成二氧化硅溶胶，质量分数为20％，然后采用真空抽气和加压浸渍法使二氧化硅溶胶浸渍到碳化的坯体中。改变浸渍次数把c：Si02控制在l：3。最后在1400～1600。C于氩气氛中碳热还原得到多孔碳化硅。液si渗入法利用碳化木材坯体中连续的管胞结构作为液相传输的通道，于1600"(2使液相si渗入并原位反应生成碳化硅，没反应的si残留在孔隙中。尚俊到38】等E2sic为主要原料，以羧甲基纤维素(cMc)为造孔剂，分别以氧化铝．氧化钇和氧化铝．高岭土为烧结助剂，在1550。C真空条件下制备出了孔洞均匀的碳化硅多孔陶瓷材料，并研究了造孔剂和烧结助剂对其抗折强度和抗弯强度的影响。研究表明：随造孔剂含量的增加，碳化硅陶瓷的气孔率和线收缩率均提高，而抗折强度成下降趋势。对于经预氧化处理以氧化铝．氧化钇为助烧剂的样品，因发生低温液相反应烧结，其结构致密，气孔率较小，线收缩率和抗折强度较高；而在以氧化铝．高岭土为助烧剂的样品中发生固．固反应，其结构疏松，因而线收缩率和抗折强度较低。但是这种疏松结构有利于热应力的释放，使样品具有较高的抗热震性能。杨阳等【39】以包混工艺合成了核．壳结构的先驱体粉体，并以氧化铝，氧化硅和氧化钇为烧结助剂，通过模压成型、炭化和烧结工艺制备出了多孔碳化硅陶瓷；并研究了成型温度对陶瓷的孔隙率、陶瓷密度、热膨胀系数、陶瓷的抗弯强度和热震性能的影响。结果表明：在成型温度为80。C时的多孔碳化硅陶瓷的综合性能较佳，过低和过高的成型温度都会对多孔陶瓷产生不好的影响。韩非等【40】以氧化铝和氧化钇作为烧结助剂，SiC为主要源料，羧甲基纤维为4 第二章文献综述造孔剂，制备了多孔碳化硅陶瓷。并研究了羧甲基纤维含量的变化对多孔碳化硅陶瓷材料的结构和力学性能的影响，并对陶瓷的断面进行了形貌分析。研究表明，反应烧结后当羧甲基纤维的百分含量为12．5％s1，试样的微观骨架结构较为完整、孔的形状较规则并且分布较均匀、综合力学性能较好。2．2蜂窝材料研究现状目前用于催化剂载体材料主要有金属载体和蜂窝陶瓷载体两大类。两者用于汽车尾气净化器作为催化剂载体，各有优缺点，所以也是发展最快，最有开发价值的两类载体141-47】。2．2．1金属载体金属载体材料主要是Fe．Cr-AI、Ni．Cr、Fe．Mo．W等3类合金。而目前应用较多的为Fe．cr．Al，多半是因为其应用价值和工艺手段。所以现在的金属载体研究也多是研究Fe．c卜Alo迄今为止，国外的工厂已具备了大批量的制造金属载体的工艺和技术手段，目前生产金属载体的公司主要有：Kemira公司、Emitec公司和新日铁公司等等，现在制造的金属蜂窝载体多半是薄带型的，其生产工艺主要是将不锈钢薄带加工成为各种波纹的形状，波纹带和平带交替放置，加工成为圆柱状或是其他的需要形状，通过焊接加工处理以后，金属蜂窝载体就可以用于实际应用了。上述几家公司生产的金属载体年产量达到l000万件以上，并供应给世界各地的汽车排气净化催化剂制造商，如得尔富公司、日本丰田、日本铃木、广州本田、JohnsonMatthey、Engelhard、雅马哈和德固萨公司等。而目前为止国内制造和开发金属载体的公司主要有：上海金昌、武汉新中公司、山西利民机械厂、西安中机环保公司、温州亿达公司和桂林利凯特公司等等，上述公司生产的金属载体年产量达N60万件以上。金属蜂窝载体由于其本身的物理性能而具备了一些独特的性能：(1)金属载体的有效比表面积大，可以提高其对于尾气的转化效率，使得单位时间内转化效率较高；(2)金属载体具有良好的导热性能和较低的热容量，可以降低催化剂的起燃温度，使得催化剂可以较快的发生反应；(3)金属载体因其具有较好的延展性和较强的抗震性，不易发生开裂，从而使得其使用寿命较长；(4)金属载体容易安装，治学焊接即可进行安装，同时金属蜂窝载体和外壳的热膨胀可以很好的进行匹配，减少了热应力的产生。5 浙江大学硕士学位论文2．2．2蜂窝陶瓷载体研究现状蜂窝陶瓷载体的研究较多，首先是由美国的康宁(coming)公司在20世纪70年代初开始研制，并在1975年前后进行了小型汽车的尾气净化试验研究，同时取得了良好的效果。现在世界上最大的两个蜂窝陶瓷的生产厂家分别是美国的康宁公司(约占世界市场的50％)和日本I钩NGK公司(约占40％o两大厂家大多采用堇青石(2MgO·2A1203·5S102)作为蜂窝载体，由于堇青石的热膨胀系数低，有好的耐热冲击性，所以两家公司对于堇青石蜂窝陶瓷的制备技术也很成熟，远超其他公司。而我国从70年代中期开始对国产红旗轿车进行汽车尾气净化的研究。氧化型汽车尾气催化的研究工作开始于80年代初期，随着时间和科技的进步，在80年代末，三元催化剂载体的研究及其应用已具备了较好的技术基础。从1984年开始，国内终于开始使用挤出法生产薄壁型的蜂窝陶瓷载体，但是因为技术的不成熟和国外技术的保密，只是很小的规模。截止目前为止，我国的堇青石蜂窝陶瓷的制备技术已经较为成熟，生产厂家和研究结构也很多，与世界其他国家的制备技术相比也有了很大的提高，目前生产堇青石蜂窝陶瓷的主要厂家包括：浙江嘉兴八一电工陶瓷厂、北京大华陶瓷厂、江苏宜兴无机非金属华工机械厂等。上述企业生产的堇青石蜂窝陶瓷的热膨胀系数(25．1000。C),为2．Oxl04／。C、抗热震性能达到了500～550。C。而研究结构更是很多，其中做的较好的结构主要包括上海硅酸盐研究所、中科院环境化学研究所、山东工业陶瓷设计研究院、成阳陶瓷设计研究院等等[48-49】。目前我国生产的堇青石蜂窝陶瓷载体可以达到400孔／in2，壁厚0．25mm，热膨胀系数(25～1000。C)f192．OxlO击／℃左右、抗热震性能在500-550。C左右。相对于美国和日本而言，有些落后，美国和日本的公司已经开发出了600孔／in2，甚至是900孔／in2的高孔密度、超薄壁型堇青石蜂窝陶瓷载体。目前国内也己经开始了600：K／in2挤压成型模具的研究与制备工作，并取得了一些成果【50】。综合上述，我国目前的生产厂家由于资金和设备问题，更重的是技术水平上的不足，使得我国的蜂窝陶瓷制备工艺与世界先进水平相比还是存在很大的差距，而这些差距需要不断地研究与尝试才能够弥补。2．2．3蜂窝陶瓷成型工艺蜂窝陶瓷的制备包括挤压成型法、热压铸成型、注浆成形法。在实际生产中多采用挤压成型法和热压铸成型法两种‘511，下面简单介绍两种成型工艺：(1)挤压成形挤压成形法是通过挤压成型设备，包括挤压机和模具两部分，在挤压机中放6 第二章文献综述入泥料，通过外加压力，通过出口处的模具，来制备想要的陶瓷材料，在经过陈腐和微波干燥等后续手段，然后进行烧成来制备蜂窝陶瓷的一种技术手段。工艺流程主要有以下几部分：原料合成_混合练泥_陈腐_挤压成形一干燥一烧成。目前来讲，制备蜂窝陶瓷的常用原料包括堇青石、钛酸铝、锂辉石、氧化铝、锆英石、碳化硅、氮化硅、莫来石等。(2)热压铸成形热压铸成形需要在制备的陶瓷泥料中加入表面活性剂，如石蜡、油酸、硬脂酸和蜂蜡等，在恒定温度的下进行流体化配料。再用压缩空气将料浆压人模具中，在室温下有机物硬化后成形(有机物在高温烧结时被烧掉)。实践表明，这是目前比较常用、生产效率较高、质量较好的生产方法。为了增加低温强度，采用低温排蜡的工艺。工艺流程：球磨无机混合料+融化的有机物_高温混合搅拌_÷降温_热压铸成形一÷烧成_吹风清理_检选加工一成品烧成过程中，在升温过程中，升温要相对缓慢，以使低温排蜡过程时，其中的有机物充分排出，同时要保证窑内温度的均匀性，以防有机物迅速排除，和温度不均匀而产生的开裂现象。2．2．4蜂窝陶瓷的用途蜂窝陶瓷主要用在催化剂载体，工业烟气处理，过滤材料，蓄热体，红外辐射燃烧板，耐火窑具掣521。(1)催化剂载体汽车尾气是空气污染的主要污染源。汽车尾气中含有CO、NO。和碳氢化合物，这些成分虽然占的比例不大。但都是有害的，并有强烈的刺激性气味及致癌作用。为了解决这一问题，目前世界各国都趋向于使用三元催化剂。三元催化净化器主要由外壳、载体和催化剂三部分组成。其中载体是最基本、最关键的因素。在汽车尾气催化净化器采用的载体材料中，得到广泛应用的是陶瓷材料。(2)工业烟气处理随着工业的发展．大气污染也越来越严重。为了控制大气污染，人们开发了多种净化技术。多孔蜂窝陶瓷因其性能优良。已被广泛用于烟道气中NO。、S02的排除处理。蜂窝陶瓷催化剂结构为解决这种问题提供了一种成本低而又非常有效的方法。它的优点还包括：节省能源消耗、避免发生火灾和熔融硫储存和处理过程发生爆炸的潜在危险等。这种工艺方法将产生巨大的经济效益，减少环境污染。7 浙江大学硕士学位论文(3)过滤材料蜂窝陶瓷作为过滤材料有化学稳定性好，耐急热急冷性能，抗菌性能好，较强的结构稳定性，孔径分布狭窄，渗透率高，无毒等特点，在冶金和水质净化两个方面有重要应用。(4)蓄热体蜂窝陶瓷蓄热体具有耐高温、抗腐蚀、热震稳定性好、强度高、蓄热量大、导热性能好等显著优点，节能效果和使用寿命大大提高。(5)耐火窑具挤出蜂窝陶瓷窑具的质量比传统窑具轻600／o--,75％，热量传递迅速，可实现快速烧成，用它垫烧铁氧体或其他电子陶瓷时，有利于提高产品的性能。2．3立题依据与主要研究内容2．3．1立题依据对目前应用广泛的堇青石蜂窝陶瓷载体和Fe．c卜Al金属载体的性能参数进行对比，如下表所示：表2．1常用蜂窝陶瓷与金属载体性能参数对比Table2．1performanceparameterscontrastofhoneycombceramicsandmetalcarrier8 第二章文献综述从表中可以看出：Fe—Cr-AI金属载体优点是壁薄，孔隙率高，导热系数大；流通阻力小，对发动机影响小；缺点是质量相对较重，热膨胀系数较大，制备工艺复杂，导致其成本较高，价格相对来讲不便于普及。堇青石蜂窝陶瓷载体质量较轻，热膨胀系数小，存在壁厚、孔隙率低流通阻力相对于偏高。由于堇青石的价格低廉，原料易取，生产工艺简单易行，性能基本满足要求，也就使得其应用较金属载体更为广泛。制备蜂窝陶瓷载体的材质除目前应用较为广泛的堇青石外，还有钛酸铝、氧化铝、碳化硅、锆英石、锂辉石、莫来石等，这些原料的性能参见下表。表2．2制备蜂窝陶瓷载体原料Table2．2Preparationofceramichoneycombcarriermaterials从热膨胀系数来讲，氧化铝的热膨胀系数最高虽然其使用温度高达1600"(2，但是与同样使用温度下的锆石英相比，后者的热膨胀系数更低一些；而堇青石、钛酸铝、锂辉石和莫来石的热膨胀系数较低，但使用温度各有差异，堇青石蜂窝陶瓷具有孔壁薄，热膨胀系数小的特点，但是由于堇青石蜂窝陶瓷烧成范围窄，热导率低，负载的催化剂易脱落而导致催化失效，也限制了其推广应用，其他几种价格和使用温度上存在缺陷，而对于碳化硅材料虽然其热膨胀系数相对于以上几种来讲相对偏高，但在一定程度上可以满足性能的要求，同时还具有强度高，耐高温、耐腐蚀、耐磨损、高比表面积、高比强等一系列优点【53】。由于近年来碳化硅的制备工艺日渐成熟，其合成方法多种多样，价格低廉，易于制造，制备出来的碳化硅原料性能也越来越高，综上所述，碳化硅在制备蜂窝陶瓷的应用上也是具有一定的市场前景，所以碳化硅蜂窝陶瓷的研究也显得尤为重要。而目前制备蜂窝碳化硅载体的也有一些研究154-61】，但是都未进行生产应用，制备工艺难以9 浙江大学硕士学位论文推广，所以通过适当的原料和工艺有助于批量化生产。2．3．2研究思路与内容首先对多孔碳化硅陶瓷进行研究，通过加入不同含量，不同种类的造孔剂，在不同的烧结温度下烧成，通过研究其烧结性能和力学性能，还有微观形貌和物相分析，选取较好的结果为制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷做准备；其次通过对不同塑化剂的碳化硅蜂窝陶瓷的研究，改变含水量和烧结温度，研究碳化硅蜂窝陶瓷的性能，通过测定其烧结性能和力学性能，微观形貌分析和物相分析，确定相应的组分；最后通过对多孔碳化硅陶瓷和蜂窝碳化硅陶瓷的综合研究，制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷，制备了较为理想的碳化硅蜂窝陶瓷，研究结论如下：主要内容包括以下三部分：(一)添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷通过选用不同种类的造孔剂，包括竹炭和硅溶胶，淀粉，氧化铁三种，在不同含量和不同烧结温度下进行条状实验，通过烧结性能、力学性能、微观形貌分析和物相分析，以获得较好的多孔碳化硅陶瓷组分。(二)挤出成型制备蜂窝碳化硅陶瓷通过选择不同种类的塑化剂来制备碳化硅蜂窝陶瓷，在可以挤出成型的基础上，研究不同含水量和不同烧结温度时，碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能、力学性能、微观形貌分析和物相分析，以获得组分较好的碳化硅蜂窝陶瓷配方及较佳的挤出成型工艺。(三)添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷通过上述工艺的研究，选取较好的多孔碳化硅和碳化硅蜂窝陶瓷组分，较佳的挤出成型工艺，进行多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备，选择不同的造孔剂种类和含量与烧结温度，研究制备的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能、力学性能、微观形貌分析、物相分析和压汞分析，以获得较好的多孔碳化硅蜂窝陶瓷。10 第三章实验内容和研究方法3．1实验原料本实验过程中所用到的实验原料如下表所示：表3．1主要实验愿料列表Table3．1Listofrawmaterials3．2实验过程3．2．1竹炭和硅溶胶复合造孔剂制备将竹炭和二氧化硅溶胶按一定质量比混合，经过超声和强力机械搅拌，制备成复合料浆，搅拌1h后，与烘箱中在120。C下烘干为止。 浙江大学硕士学位论文3．2．2添加造孔剂的多孔碳化硅陶瓷制备添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷的流程图如下图所示：隧萋鍪翌墼墼■b—甄弱酮重瞬圈|誊～■■■-；-II；；．-；．血‘誓o■叠盘叠誓o■函■甜|’■蔓型图3．1多孔碳化硅陶瓷制备流程Fig．3．1ProcedureofporousSiCceramic3．2．3挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备12挤出成型工艺制备碳化硅蜂窝陶瓷的流程图如下图所示：翟禽熏露塑豳|黑麓墼测图3．2蜂窝碳化硅陶瓷制备流程Fig．3．2ProcedureofhoneycombSiCceramic署童熙● 第三章实验内容和研究方法3．2．4多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备添加造孔剂结合挤出成型工艺制备多孔碳化硅陶瓷的流程图如下图所示：图3．3多孔碳化硅蜂窝陶瓷制备流程Fig．3．3ProcedureofporousSiChoneycombceramic3．3测试及表征方法3．3．1素坯／烧结体密度测定碳化硅陶瓷体积密度P采用阿基米德排水法测量，计算方法见公式(3．1)：p=J虹(3．1)m3——m2式中：ml一陶瓷试样在空气中的质量，单位g；m2-陶瓷试样抽真空浸入水中的质量，单位g；m3～陶瓷试样表面光擦干后空气中的质量，单位g；p旷_水的密度，(Po=1g／cm3)。陶瓷理论密度Pm则是根据混合物法则计算，计算公式如(3-2)：p,h=Zp,v,(3．2)13 浙江大学硕士学位论文式中：pi一陶瓷中成分i的理论密度；Vi～成分i在陶瓷中所占体积分数。陶瓷试样的相对密度9，计算公式见公式(3-3)：pr：旦×100％pm(3．3)实验中制备的长方体或立方体素坯形状较规则，用游标卡尺测量尺度，计算素坯的体积。3．3．2烧结体线收缩率测定实验中陶瓷坯体尺寸在46mm×7mmx8mm左右，试样在烧结前后长度方向上的尺寸变化计算线收缩率，见公式(3-4)：．，^：型×100％(3．4)。，o式中：厶一陶瓷素坯烧结前的长度，单位mm；，一烧结后试样的长度，单位mm。3．3．3烧结体失重率测定采用电子天平测定烧结前后试样的质量，碳化硅陶瓷的失重率6的计算见公式(3-6)：6=竺型×100％(3．5)m式中：卜失重率，％；m一素坯质量，单位g；m’一烧结体质量，单位g。3．3．4力学性能测试使用CMT5205型电子万能试验机(深圳新三思计量技术有限公司)测试碳化硅陶瓷的三点弯曲抗折强度，跨距为24mm，加载速度为0．1mm／min。测试样品的尺寸规格为3mmx4mm×36mm，抗折强度盯根据公式(3-6)计算：仃：丝善(3-6)仃=——_LJ2bh‘式中：俨三点抗弯强度，MPa；F一试样断裂时最大载荷，N；￡一下刀口的跨距，mm；卜试样的宽度，mm；h一试样的高度，mm。3．3．5物相分析采用理学RigakuD／max．RA型X射线衍射仪进行物相分析，测试条件为：Cu．Ka射线，20范围为lo～80。，工作电压40kV，工作电流80mA，扫描速度14 第三章实验内容和研究方法为4。／min，步宽为o．020。3．3．6显微结构分析采用HitachiS-4800型场发射扫描电子显微镜(Field．emissionscanningelectronmicroscopy,FSEM)观察试样微观形貌和显微结构。3．3．7压汞分析采用AutoPoreIV9510，USA型号压汞仪测试孔径分布和孔隙率。 浙江大学硕士学位论文 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷4．1竹炭和硅溶胶为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备4．1．1引言以工业二氧化硅溶胶和竹炭做为造孔剂，主要是因为竹炭是在高温、少氧条件下烧制的一种具有丰富孔道结构的天然材料。普通竹炭比表面积为200～300m2／g，经过二次炭化和活化处理，竹炭的比表面积高达700m2／g，具有高的反应活性，工业Si02溶胶由于颗粒均匀，杂质少，和较高的比表面积更适合作为SiC合成的硅源。而竹炭和二氧化硅的总反应方程式为：Si02(s)+3C(s)_SiC(s)+2CO(g)(1)通过反应过程中产生的气体溢出来生成孔洞用以制备碳化硅多孔陶瓷，同时又可以生成碳化硅粉体进而烧结生成碳化硅陶瓷。4．1．2配方设计及烧结工艺以竹炭和硅溶胶为造孔剂的配方如下表所示：表4．1c+Si02为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的配方设计及烧结工艺Table4．1CompositionsandprocessingconditionsofSiCceramicwithC+Si02pore—formingagent17 浙江大学硕士学位论文4．1．3烧结性能和力学性能图4．1是加入不同含量(O，1％，3％，5％，10％，15％，20％)的C+Si02造孔剂在1900。C，1950"(2，1980。C三个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。3253203153103053002952902852802750510Contenff％(a)ContentVSdensity2025O101520Content脯(b)ContentVScontractibility，Eu章蚤IscuQO505O5O505挖扎甜∞挎博"o￡o葛匣古兰D；鳘芒oU 第四章添加造孔剂制各多孔碳化硅陶瓷(c)ContentVSweightloss图4．1不同温度烧结后，c+Si02为造孔剂碳化硅陶瓷的烧结性能Fig．4．1SinteringpropertiesofSiCceramicwithC+Si02pore-formingagentatdifferentSinteringtemperatures从相对密度图(a)中可以看到，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在1950℃时的密度明显高于1900℃和1980℃，说明在19500C时，多孔陶瓷的烧结性能较好，密度最高，而温度过高或是过低对密度的影响都是降低的，在1900。C时，由于温度相对较低，碳化硅多孔陶瓷存在烧结不完全，导致密度降低，在19800C时，由于温度过高，产生了过烧的现象。在1950"(?时，碳化硅陶瓷的密度由未添加造孔剂的3．22g／cm3下降到加入造孔剂含量l％时的3．16g／cm3，而且随着造孔剂含量的增加，下降的趋势越来越大，这说明造孔剂的加入确实对相对密度产生了影响，当造孔剂含量达到20％时，在1950。C烧结下的碳化硅多孔陶瓷的密度下降到了2．88g／cm3。从线收缩率的图(b)中我们可以看出三个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而上升。在较低含量(<10％)时，未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的收缩率高于加入造孔剂的收缩率，而在高含量(≥lo％)时，未加入造孔剂碳化硅陶瓷的收缩率明显低于加入造孔剂的多孔碳化硅陶瓷，这可能是由于在造孔剂含量较低时，c+si02反应后产生气孔较少，而合成后的碳化硅在气孔周围对多孔蜂窝陶瓷的收缩起到了一定的抑制作用，使得收缩率变化不大；而当含量上升到一定程度时，c+si02反应后产生的气孔相对较多，骨架结构较弱，在烧结的过程中，陶瓷收缩的作用力大于其支撑作用，从而使得收缩率迅速增加。从图中19如勰撕抖勉加侣佑¨他mo64o史∞∞o=LI粤Q≥ 浙江大学硕士学位论文可以看到在1950。C时的线收缩率高于1900。C和1980。C时的线收缩率，与相对密度的图对比发现在1950。C时的密度大，而线收缩率也相对较高，说明在1950。C时，碳化硅多孔陶瓷的烧结性能较好，在1950。C时的线收缩率由造孔剂添加量为1％时的18．34％上升到含量20％的21．83％，造孔剂的加入对收缩率产生了较大的影响。从图(C)的失重率图中可以看到，碳化硅多孔陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，1900。C时的失重率高于1980。C和1950。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。失重率与组分有一定关系，失重率大，说明组分反应生成气体挥发多，失重率低，说明挥发较少。罡重罾麦．詈鼍∞图4．2不同温度烧结后，C+si02为造孔剂碳化硅陶瓷的抗弯强度Fig．4．2BendingstrengthofSiCceramicwithC+Si02pore-formingagentatdifferentSinteringtemperatures图4．2是加入不同含量(0，l％，3％，5％，10％，15％，20％)的C+Si02造孔剂在1900。C，1950。C，1980。C三个烧结温度后的抗弯强度图，从图中可以三个温度下未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度分别为1900。C的203MPa，1950℃的222MPa和1980℃的213MPa。随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的强度均呈现下降的趋势，且在1950。C时的抗弯强度高于其余两个温度。由最初的含量1％时的211MPa下降到含量20％的86MPa，从图中可以发现在含量低于15％时，下降的幅度相对较低，当含量到达20％时，抗弯强度迅速下降到100Mpa以下，说明在造孔剂的含量增加到一定程度后，对于陶瓷的抗弯强度影响较大。20 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷4．1．4微观形貌分析图4．3是加入不同含量(O，1％，3％，5％，10％，l5％，20％)的C+Si02造孔剂在1900℃，1950℃，1980℃三个烧结温度后的SEM图，从图中可以看出在1900℃时，随着造孔剂含量的增加，在多孔陶瓷中可以看到陶瓷断面的孔洞有逐渐增加的趋势，而孔洞的大小也有逐渐增大的趋势，说明随着造孔剂含量的增加，孔洞是呈现增大的趋势，而孔洞的大小也呈现增加的趋势；观察1950。C下的SEM图也可以看出相似的规律，只是在1950℃时的孔洞相对于1900℃时和1980℃时的孔洞都有所减少，孔洞的大小也相对较小，这与前面的相对密度较高相吻合，在1980。C时，可以看到孔洞大小又有所增大的同时，孔洞的多少也相对于1950。C有所增加。从图中还可以发现，通过竹炭与二氧化硅溶胶反应为造孔剂的碳化硅多孔陶瓷中存在一些棒状的结构(1900。C含量10％时)，这种棒状结构在一定程度上会增强陶瓷的抗弯强度。010％20％(a)1900℃15％21 浙江大学硕士学位论文05％1％10％20％(b)1950℃0225％1％10％15％3％15％ 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷20％rc)1980℃图4．3不同温度烧结后，c+Si02为造孔剂碳化硅陶瓷断面的SEM图Fig．4．3SEMphotosoffracturesurfaceofSiCceramicwithC+Si02pore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures通过对比不同温度下，不同含量的碳化硅多孔蜂窝陶瓷，可以看出，以竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂制备碳化硅多孔蜂窝陶瓷，造孔剂的加入使得孔径的分布不是很均匀，而孔洞的大小也不是可控的，只是在造孔剂含量高时，孔径变大。孔的形状也是不规则的。4．1．5物相组成分析图4．4是加入不同含量(O，1％，3％，5％，10％，15％，20％)的C+Si02造孔剂在1900。C，1950"(2，1980。C三个温度烧结后的XRD图谱。13-6HSiCo—2HSiC◆-AI．03·-4HSiCV—YAGA—SiO,坐!：鬟l旱￡v．．；；o；巳坐!：：i：旱￡V··：：i巳15％．山Il一．．1．．^一10％．_一二^。‘“月一o【^墅。．1。ii．．1。i姒．止§．5。^．m．．。JLIt．^．J．o％．4^．一1．_^．塑些l从^．．．．^．2030405060708020／deg(a)1900。C233．e，^l一∞co_c一 jm≥：兰∞C旦E(b)1950。C(c)1980"C图4．4不同温度烧结后，C+Si02为造孔剂碳化硅陶瓷的xRD图谱Fig．4．4XRDpatternsofSiCceramicwithC+Si02pore-formingagentatdifferentSinteringtemperatures从图4．4中看出，碳化硅多孔陶瓷中的主要物相有6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等a-SiC相，也有YAG、A1203、Si02存在，YAG主要是A1203和Y203在1760。C形成，A1203可能是Y203发生挥发后形成无法与之形成YAG而残留下的，而Si02则是由于SiC粉料中原有所致。从不同造孔剂含量下碳化硅多孔陶瓷的不同衍射24 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷峰可以看出，多孔碳化硅陶瓷的物相组成基本保持不变，这表明造孔剂的加入基本没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。4．2淀粉为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备4．2．1引言淀粉颗粒在室温下通常是呈现白色的，并且不溶于水，其尺寸在2～170pm范围内。淀粉颗粒在50。C以下是不溶于水的。但是，如果将淀粉悬浮液加热到55～80。C之间，分子间的作用力就会减弱，淀粉颗粒就会由于吸水而发生快速的不可逆的膨胀。淀粉膨胀，可以充当粘接剂用以增加固体坯体的强度，使其更容易脱模。烧除后，陶瓷坯体烧成后，即得具有一定孔隙的多孔材料，而孔隙的多少、尺寸分布和孔的形状取决于淀粉颗粒的大小和添加的比例；同时由于其孔率可控，原料成本低廉等优点。是具有发展前景制备多孔陶瓷的方法。4．2．2配方设计及烧结工艺淀粉为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的配方设计及烧结工艺如下表所示：表4．2淀粉为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的配方设计及烧结工艺Table4．2CompositionsandprocessingconditionsofSiCceramicwithstarchpore-formingagent4．2．3烧结性能和力学性能图4．5是加入不同含量(O，1％，3％，5％，10％，15％，20％)的淀粉造孔剂在1900。C，25 浙江大学硕士学位论文1950。C，1980℃三个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。从相对密度图(a)中可以看到，在加入造孔剂含量为1％的淀粉时，三个温度下的密度降低较小，基本上没有多大变化，说明较少量的淀粉加入不会对碳化硅多孔陶瓷产生影响，但是随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且下降的幅度很大，同时我们可以看到在1950℃时的密度明显高于1900。C和1980。C，说明在1950。C时，多孔陶瓷的烧结性能较好，密度最高，而温度过高或是过低对密度的影响都是降低的。26(a)ContentVSdensity(b)ContentVScontractibilityt}￡o苗瞄扫若o；uBJ岂oU 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷芝甓旦羔塑≥(c)ContentVSweightloss图4．5不同温度烧结后，淀粉为造孔剂碳化硅陶瓷的烧结性能Fig．4．5SinteringpropertiesofSiCceramicwithstarchpore-formingagentatdifferentSinteringtemperatures在1900。C时，由于温度相对较低，碳化硅多孔陶瓷存在烧结不完全，导致密度降低，在1980。C时，由于温度过高，也产生了过烧的现象，这与加入竹炭和_z-氧化硅溶胶做造孔剂的多孔碳化硅陶瓷情况相同。在1950。C时，碳化硅陶瓷的密度由未添加造孔剂的3．22g／em3到加入造孔剂含量1％时的3．22egcm3的密度基本不变，随着造孔剂含量的增加，下降的幅度越来越大，这说明用淀粉为造孔剂对相对密度产生的影响是很大的，当造孔剂含量达到20％时，在1950。C烧结下的碳化硅多孔陶瓷的密度下降到了2．709／cm3。从线收缩率的图(b)中我们可以看出三个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加呈现先上升，后降低，然后有上升的趋势。加入淀粉为造孔剂的碳化硅多孔陶瓷的线收缩率均小于未加入造孔剂的线收缩率，在较低含量(s3％)时，多孔碳化硅陶瓷的收缩率随造孔剂含量的增加而增大，而在含量5‰15％时，多孔碳化硅陶瓷的收缩率是呈现下降的趋势，在造孔剂含量到达20％后，收缩率又突然增大，不同含量时淀粉膨胀炭化后产生的气孔数量和分布不同而导致收缩率的不同。从图中可以看到在1950。(2时的线收缩率高于1900。C和1980"(2时的线收缩率，造孔剂的加入对收缩率产生了震荡式的影响。从图(C)的失重率图中可以看到，碳化硅多孔陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，与竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂时的情况一样，1900。C时的失27 浙江大学硕士学位论文重率均高于1980℃和1950℃，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。图4．6不同温度烧结后，淀粉为造孔剂碳化硅陶瓷的抗弯强度Fig．4．6BendingstrengthofSiCceramicwithstarchpore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures图4．6是加入不同含量(0，1％，3％，5％，10％，15％，20％)的淀粉造孔剂在1900℃，1950"(2，1980℃三个温度下的抗弯强度图，从图中可以三个温度下未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度分别为1900℃的203MPa，1950℃的222MPa和1980℃的213MPa。随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的强度均呈现下降的趋势，且在1950"(2时的抗弯强度高于其余两个温度。由最初含量1％时的212MPa下降到含量20％的163MPa，从图中可以发现在含量低于5％时，下降的幅度相对较快，当含量大于5％时，抗弯强度下降的幅度迅速降低，这与加入竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂时的情况有所不同，即使造孔剂含量增大到20％时，多孔碳化硅陶瓷仍然保持着很高强度。4．2．4微观形貌分析图4．7是加入不同含量(O，1％，3％，5％，10％，15％，20％)的淀粉造孔剂在1900℃，1950*(2，1980。C三个温度烧结后的SEM图。从图中可以看出在1900℃时，随着造孔剂含量的增加，在多孔陶瓷中可以看到陶瓷断面的孔洞也有逐渐增加的趋势，而孔洞的大小也是逐渐增大的趋势，这与竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂时的情况相似，说明随着造孔剂含量的增加，孔洞是呈现增大的趋势的，而孔洞的大小也呈现增加的趋势；通过1950℃下的SEM图也可以看出相似的规律，在1950"(2时的孔洞相对于1900。C时和1980。C时的孔洞都有所减少，孔洞的大小也相对较28 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷小，这也与竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂时的结果相似，在1980。C时，可以看到孔洞大小又有所增大的同时，孔洞的多少也相对于1950。C有所增加。0l％3％5％10％20％(a)1900℃15％010％3％15％29 浙江大学硕士学位论文O5％20％(b)1950℃1％10％3％15％20％(c)1980"C图4．7不同温度烧结后，淀粉为造孔剂碳化硅陶瓷断面的SEM图Fig．4．7SEMphotosoffracturesurfaceofSiCceramicwithstarchpore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures通过图中可以看到SEM下的碳化硅多孔陶瓷的孔洞基本是圆球形的，这和淀粉的形状是相似的，淀粉颗粒的形状决定了孔的形状，从图中可以发现所形成的孔洞不是通孔，大多数是闭孔，还有少数孔连接在一起形成大的孔洞。30 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷4．2．5物相组成分析图4．8是加入不同含量(0，】％，3％，5％，10％，15％，20％)的淀粉造孔剂在1900。C，1950。C，1980。0三个温度烧结后的XRD图谱。从图4．8中看出，碳化硅多孔陶瓷中的主要物相有6H—SiC、4H．SiC、2H—SiC等ot-SiC相，也有YAG、Ai203、Si02存在，YAG主要是A1203和Y203在1760。C形成，A1203可能是Y203发生挥发后形成无法与之形成YAG而残留下的，而Si02则是由于SiC粉料中原有所致。己∞≥’历C旦三i∞支：=∞C旦三28，deg(a)1900℃20／deg(b)1950。C31 浙江大学硕士学位论文i∞’≥：=∞C旦三(c)1980"C图4．8不同温度烧结后，淀粉为造孔剂碳化硅陶瓷的xl①图谱Fig．4．8XRDpatternsofSiCceramicwithstarchpore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures这与之前的竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂的情况相同，从不同造孔剂含量下碳化硅多孔陶瓷的不同衍射峰可以看出，多孔碳化硅陶瓷的物相组成基本保持不变，这表明造孔剂淀粉的加入也没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。4．3氧化铁为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的制备4．3．1引言氧化铁，又称磁性氧化铁红、烧褐铁矿、高导磁率氧化铁、三氧化二铁等。化学式为Fe203，氧化铁易溶于盐酸，为红棕色粉末。氧化铁作为造孔剂主要是因为氧化铁可以与碳化硅在高温下发生反应，其反应方程式如下所示：Fe203(1)+3SiC(s)--,3Si(g)+2Fe(g)+3CO(g)(1)SiC(s)_Si(g)+C(s)(2)sic(s)_Si(g)+SiC2(g)(3)Si(g)+SiC(s)_Si2C(曲(4)方程式(1)是在1565。C下进行，氧化铁液化后与碳化硅反应生成si，Fe和CO气体，在更高的温度下，部分碳化硅会分解为Si和SiC2气体，气化后的si和SiC固体反应生成气体si2c挥发，我们可以看到氧化铁与碳化硅反应，主32 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷要是以生成气体的方式挥发，从而使得碳化硅和氧化铁的含量降低，生成孔洞。4．3．2配方设计及烧结工艺以氧化铁为造孔剂制备多孔陶瓷的配方如下表所示：表4．3氧化铁为造孔剂多孔碳化硅陶瓷的配方设计及烧结工艺Table4．3CompositionsandprocessingconditionsofSiCceramicwithFe203pore-formingagent含茹．％)sic碳悯PVAPEGFe20，烧结工艺179％10％274％10％369％10％464％10％559％10％10％1％20％1-6号样均在2140℃2160℃温度下烧结，保655％10％lO％l％25％温1h4．3．3烧结性能和力学性能图4．9是加入不同含量(O，5％，10％，15％，20％，25％)的氧化铁造孔剂在2140"(2和2160℃两个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。’￡9攀堂兽占Content胱33％毗蹴％0O0 浙江大学硕士学位论文(a)ContentVSdensity(b)ContentVScontractibility(c)ContentVSweightloss图4．9不同温度烧结后，Fe203为造孔剂碳化硅陶瓷的烧结性能Fig．4．9SinteringpropertiesofSiCceramicwithFe203pore·formingagentatdifferentSinteringtemperatures从相对密度图(a)中可以看到，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160。C时的密度明显高于2140。C，说明在2160。C时，多孔陶瓷的烧结性能较好，密度最高，在2140。C时，由于温度相对34 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷较低，碳化硅多孔陶瓷可能由于存在烧结不完全，导致密度降低。在2160。C时，碳化硅陶瓷的密度由未添加造孔剂的3．12g／cm3下降到加入造孔剂含量5％时的2．45g／cm3，而且随着造孔剂含量的增加，下降的值越来越大，当造孔剂含量达到25％时，在2160℃烧结下的碳化硅多孔陶瓷的密度下降到了1．86g／cm3。在21400C时多孔碳化硅陶瓷的密度由未添加造孔剂的3．109／cm3下降到添加造孔剂5％时的2．25g／cm3当造孔剂含量到达25％时，相对密度降到1．36g／cm3，这说明氧化铁造孔剂的加入对相对密度产生了较大的影响。从线收缩率的图(b)中我们可以看出两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。这与之前的竹炭和二氧化硅溶胶、淀粉为造孔剂时的情况有所不同，两个温度下未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的收缩率高于加入造孔剂的收缩率，在含量(<15％)时2160。C时的线收缩率低于2140。C时的线收缩率，而当含量(翌0％)时，2160。C时的线收缩率高于2140。C时的线收缩率，这种收缩率的变化与密度和其中发生的反应有一定的关系。从图中可以看到在2160。C时的线收缩率由造孔剂添加量为5％时的8．90％下降到含量25％的4．22％，收缩率明显降低，说明造孔剂的加入对收缩率产生了较大的影响。从图(C)的失重率图中可以看到，碳化硅多孔陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，21400C时的失重率高于2160。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。失重率-9造孔剂氧化铁和碳化硅的反应有一定关系，失重率大，说明反应掉的组分多，失重率低，说明反应掉的组分较少。图4．10不同温度烧结后，Fe203为造孔剂碳化硅陶瓷的抗弯强度Fig·4．10BendingstrengthofSiCceramicwithFe203pore-formingagentatdifferentSinteringtemperatures35 浙江大学硕士学位论文图4．10是加入不同含量(o，5％，10％，15％，20％，25％)的氧化铁造孔剂在2140℃和2160。C两个温度烧结后的抗弯强度图，从图中可以看出两个温度下未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度分别为2140。C的164MPa和2160。C的185MPa。随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的强度均呈现下降的趋势，在含量低于15％时，2160。C时的强度高于2140"C时的强度，而在含量大于15％时，2160。C时的强度反而低于2140。C时的强度，这与之前的收缩率等存在一定的关系。在2160℃时，强度由最初的含量5％时的150MPa下降到含量25％的13MPa，在2140℃时，强度由最初的含量5％时的l13MPa下降到含量25％的23MPa，无论是2140℃还是2160"C，强度都迅速降低。’4．3．4微观形貌分析图4．11是加入不同含量(o，5％，10％，15％，20％，25％)的氧化铁造孔剂在2140。C和2160。C两个温度烧结后的碳化硅陶瓷断面SEM图，从图中可以看出在2140。C时未加入造孔剂的断面图基本没有孔洞，而随着造孔剂含量的增加，可以看到断面中出现了大量的孔洞，而且孔洞的结构是不断变化的，2140。C在含量为20％时，其多为通孔结构，孔洞较多，比表面积推测应该很大，在低含量时(10％)，如下图中所示，可以发现孔洞结构明显较少，在高含量(25％)时，基本全是孔洞状，这也解释了烧结性能中密度低、收缩率小和力学性能中抗弯强度低的原因。03615％20％(a)2140。ClO％25％ 第四章添加造孔剂制各多孔碳化硅陶瓷020％25％(b)2160。C25％图4．11不同温度烧结后，Fe203为造孔剂碳化硅陶瓷断面的sEM图Fig．4．11SEMphotosoffracturesurfaceofSiCceramicwithFe203pore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures通过对比不同的温度发现，将温度提高到2160。C烧结之后，在含量20％时，如下图所示，可以看到更多的孔洞结构，而且l5％含量时，可以看到比2140。C更明显的孔洞结构，说明升高温度对反应有一定的影响。但温度不能太高，以防陶瓷过烧，影响性能。最后一张图为2160。C时的横向断面图，从图中可以看出孔洞多为通孔，可以看到横向孔洞和纵向孔洞。从图中还可以发现在低含量时，孔洞周围颗粒较小，且分布均匀，当造孔剂含量增加时，孔洞周围的小颗粒变为光滑的条状结构，含量越高，效果越明显。4．3．5物相组成分析图4．12是加入不同含量(o，5％，10％，15％，20％，25％)的氧化铁造孔剂在2140"C和2160。C两个温度烧结后的碳化硅陶瓷XRD图谱。37 浙江大学硕士学位论文从图4．12中看出，碳化硅多孔陶瓷中的主要物相是由6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等0【．SiC相组成，因为烧结助剂和烧结温度的改变而使得XRD图谱与之前有所不同，从图中没有看到Fe203相的存在，说明反应比较完全，同时也证明了造孔剂Fe203的加入没有对物相结构产生影响，证明了生成的多孔碳化硅陶瓷是较为纯净的碳化硅陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。38i∞≥’历岳兰弓毋≥’历C旦三图4．12不同温度烧结后，Fe203为造孔剂碳化硅陶瓷的xlm图谱Fig．4．12XRDpatternsofSiCceramicwithFe203pore—formingagentatdifferentSinteringtemperatures 第四章添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷4．4本章小结(1)t；Z竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷，相对密度随着造孔剂含量的增加而降低，且在19509C时的相对密度最好；线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而上升。在较低含量(<10％)时，未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的收缩率高于加入造孔剂的收缩率，而在高含量(≥10％)时，未加入造孔剂碳化硅陶瓷的收缩率明显低于加入造孔剂的多孔碳化硅陶瓷；失重率随着造孔剂含量的增加而上升，1900。C时的失重率高于1980。C和1950"(2，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加；未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度，且随着造孔剂含量的增加强度降低，在19500C时抗弯强度最好。随着造孔剂含量的增加，在多孔陶瓷中可以看到陶瓷断面的孔洞有逐渐增加的趋势，而孔洞的大小也有逐渐增大的趋势，造孔剂的加入使得孔径的分布不是很均匀，而孔洞的大小也不是可控的。碳化硅多孔陶瓷中的主要物相有6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等0【．SiC相，造孔剂的加入基本没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。(2)以淀粉为造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷，在加入造孔剂含量为1％的淀粉时，三个温度下的密度降低较小，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且下降的幅度很大，在1950。C时的密度明显高于1900。C和1980"(2；线收缩率均是随着造孔剂含量的增加呈现先上升，后降低，然后又上升的趋势，加入淀粉为造孔剂的碳化硅多孔陶瓷的线收缩率均小于未加入造孔剂的线收缩率；失重率随着造孔剂含量的增加而上升，1900。C时的失重率均高于1980。C和1950。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加；随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的强度均呈现下降的趋势，且在1950"(2时的抗弯强度高于其余两个温度。造孔剂含量增大到20％时，多孔碳化硅陶瓷仍然保持着很高的强度。随着造孔剂含量的增加，在多孔陶瓷中可以看到陶瓷断面的孔洞也有逐渐增加的趋势，而孔洞的大小也是逐渐增大的趋势，孔洞基本是呈现圆球形的孔洞，淀粉颗粒的形状决定了孔的形状，孔洞大多数是闭孔，还有少数孔连接在一起形成大的孔洞。碳化硅多孔陶瓷中的主要物相有6H．SiC、4H．SiC、2H—SiC等0c-SiC相，造孔剂淀粉的加入也没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。(3)以氧化铁为造孔剂制备碳化硅多孔陶瓷，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160。C时的密度明显高于2140。C；线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。两个温度下未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的收缩率高于加入造孔剂的收缩率，在含量(<15％)时21600C时的线收缩率低于2140。C时的线收缩率，而当含量(≥20％)时，2160。C时的线收缩率高于2140"(2时的线收缩率；碳化硅多孔陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增39 浙江大学硕士学位论文加而上升，2140。C时的失重率高于2160。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。未加入造孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度，在含量低于15％时，2160。C时的强度高于2140"(2时的强度，而在含量大于15％时，2160。C时的强度反而低于2140。C时的强度；随着造孔剂含量的增加，可以看到断面中出现了大量的孔洞，而且孔洞的结构是不断变化的，2140。C在含量为20％时，其多为通孔结构，孔洞较多，将温度提高到2160。C烧结之后，可以看到横向孔洞和纵向孔洞。在低含量时，孔洞周围颗粒较小，且分布均匀，当造孔剂含量增加时，孔洞周围的小颗粒变为光滑的条状结构，含量越高，效果越明显。碳化硅多孔陶瓷中的主要物相是由6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等c【．SiC相组成，造孔剂Fe203的加入没有对物相结构产生影响，证明了生成的多孔碳化硅陶瓷是较为纯净的碳化硅陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备5．1蜂窝陶瓷作为载体的特点理想的蜂窝陶瓷作为载体应具备如下特点【411：(1)要有足够的机械强度：载体要有足够的机械强度，以防在车体运动过程中产生的应力或是震动等，使得载体受到破坏从而影响其使用性能。(2)足够的耐热冲击性：要求载体在发动机反复启动、熄火的热冲击下不被破坏。因为温度的变化，载体会反复出现膨胀、收缩，从而遭到破坏。而低的热膨胀系数，是生产蜂窝陶瓷载体的理论前提，可以防止载体出现裂纹等。(3)合适的孔隙结构或开孔率：载体不应该阻止发动机气体的排放，以免影响发动机的性能，而排气阻力的主要影响因素就是开孔率，开孔率的多少要规定在一定的范围内。(4)具备低的热容量和高的导热率：热容量低可以缩短催化剂到达催化反应温度的时间，高的热导率不但可以提高催化剂的温度速率，还可以使得载体的温度分布较为均匀。(5)较大的比表面积：比表面积的大小，决定了其催化效率，比表面积大，单位时间内催化效率较高，相反，比表面积较低的话，单位时间内催化的尾气较少，转化率较低。(6)不含有使催化剂中毒的物质：如果含有是催化剂中毒的物质，会导致金属催化剂催化活性降低，使得CO转化率降低。(7)低廉的价格：低廉的价格有助于蜂窝陶瓷的推广和应用，过高的价格会使得蜂窝的成本和售价较高，不利于推广。5．2挤出成型工艺研究5．2．1挤出成型工艺碳化硅蜂窝陶瓷的成型采用挤出成型工艺进行制备，主要流程图如下图所示：41 浙江大学硕士学位论文}褥觳l■Jr—-————-_-___-——E—-—，-一：|曦零黼被*日■}’蛩l劈^旦虎置’j图5．1挤出成型流程图Fig．5．1Procedureofextrusionmolding挤出法制备碳化硅蜂窝陶瓷制备主要包括上面几个部分，所需要的设备主要有混料机，真空练泥机，挤出成型机，蜂窝陶瓷模具。各个部分如图5．2所示：42图5．2挤出成型设备Fig．5．2Equpmentsofextrusionmolding虱腰扣瑟 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备混料机主要是将碳化硅粉体，烧结助剂，分散剂和各种塑化剂混合均匀，使得各个部分分散均匀，这样有助于挤出成型时更好的挤出所需坯体；而练泥机的作用则是消除粉料中存在的缺陷，在泥料练制的过程中，将混料机中混料后存在的大颗粒绞碎，排除其中存在的气孔，使得泥料更加致密，均匀性好，可塑性高，尽量排除其中的空气，以防止挤压过程中产生气泡使得坯体开裂或是存在缺陷。陈腐的目的是使得各塑化剂相互作用完全，使其充分发挥作用。蜂窝陶瓷挤压机主要是用来挤出蜂窝陶瓷坯体，在挤压的过程中，真空的好坏是影响挤出效果的重要因素，真空度高，挤出的坯体不存在缺陷或是缺陷较少，真空度不高的话，在挤出过程中会存在撕裂现象，因此高的真空度是保证挤出成型成功的关键因素。蜂窝陶瓷模具采用400孑L的方形模具。．图5．3是挤出成型模具结构示意匿【62-63]，从图中可以看到一个整体的模具分为两个层面，一个是导泥孔层面，第二是出料槽层面。模具的孔结构及尺寸是影响成型的关键因素之一。5．2．2陶瓷塑化剂(a)Crossprofile(b)Verticalview图5．3挤出成型模具结构示意图Fig．5．3Moldstructureofextrusionmolding传统陶瓷由于在添加配料的过程中，会加入粘土，如苏州土等，这类材料具有一定的粘性，所以在陶瓷成型的过程中，不用再加入其它塑化剂，但是一般的陶瓷材料在成型的过程中是需要加入塑化剂的。塑化是指在坯料中加入塑化剂使坯料具有可塑性的过程。可塑性则是指坯料在受到外力的作用下即使发生变形也并会不开裂，当撤去外力后不再恢复原状的性能164彤】。塑化剂分为两大类：无机塑化剂和有机塑化剂。塑化剂又包括很多种类如粘结剂、增塑剂、润湿剂、润滑剂、增强剂、解胶剂等。生产中使用的塑化剂一般包括粘合剂、增塑剂和溶剂三种。①粘合剂。包括亲水的和疏水的两种。溶解后有较高的粘结性，所以被称之为粘结剂也叫粘合剂。如淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠盐、43 浙江大学硕士学位论文酚醛树脂等。②增塑剂。一般用来溶解有机粘合剂和湿润坯料颗粒，在颗粒之间形成液态间层，提高坯料的可塑性。也包括有机和无机两类，如甘油、草酸、粘土等。③溶剂。溶剂能溶解粘结剂和增塑剂并能和坯料组成胶状物质，而溶剂的分子结构和它们相似或有相同的官能团。常用溶剂有水、无水乙醇、汽油等。5．2．3挤出成型配方选取采用挤出成型的配方如下表所示：表5．1成型配方试验Table5．1TestsofMoldingformula配方的选取是成功制备蜂窝陶瓷坯体的最重要的一步，配方选择不当会使得蜂窝陶瓷不能成型，或是成型很差，存在较多的缺陷，因此需要对各种塑化剂进行相应的研究，从不同塑化剂之间的差异进行选取，实验过程中，主要选择的粘结剂有羟丙基甲基纤维素，聚乙烯醇；润滑剂有桐油，大豆油，油酸；增塑剂为甘油，分散剂有聚乙二醇，溶剂则选择水。在蜂窝陶瓷的成型过程中，其他塑化剂确定以后，最终的成型决定因素便是溶剂水的含量，水分的确定是蜂窝陶瓷能否成型的关键因素，水分添加量过少则会使得泥料过硬，在挤出成型时不易挤出，会堵住模具，水分添加量过多则会使得泥料较软，挤出成型时坯体之间强度不够，使得坯体容易坍塌，综合实验以后选取表格5．2中所示的实验配方，各组分的组成见下表所示，其中碳化硅粉料的含量按照100％来计算，其他添加剂和塑化剂则按照这一基准进行添加，具体含量见下表： 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备表5．2成型配方设计Table5．2CompositionsofMoldingformula5．3蜂窝陶瓷的干燥和烧成工艺5．3．1生坯的水分与干燥的关系坯体的干燥是蜂窝陶瓷烧结前重要的一步，坯体干燥的好坏会影响到烧结后陶瓷的好坏，坯体中的水分要尽量除去，以防止在烧结过程中水分残留，在高温烧结时使蜂窝陶瓷产生变形或是开裂。在陶瓷生坯内的水分有三种：一是化学结合水，是坯料物质结构的一部分；二是吸附水，是坯料颗粒所构成的毛细管中吸附的水分；三是游离水，游离于坯料颗粒间。生坯干燥时，游离水极易排出。而周围环境的温度和湿度决定了吸附水在干燥过程排出会有一部分排除出去。干燥过程生坯排水可以分为两个方面：生坯表面的水分在加热过程中排放到周围环境中去，为外扩散过程；生坯内部的水分迁移到表面的过程，称之为内扩散；内扩散和外扩散都是传质过程，要吸收能量的165J。综上所述，坯体在干燥的过程中要进行一定程度的加热，实验坯体选择在烘箱中进行加热，加热温度为120。C，保温24h，以充分排除坯体内的水分，使得坯体在烧结的过程中不会变形。5．3．2烧成工艺烧成过程是将坯体在一定的条件下进行加热，发生质变，成为陶瓷产品的过程，坯体在这一工艺过程中经过一系列的物理和化学变化，形成一定的组成和显微结构。烧成是蜂窝陶瓷生产过程中重要的工序之一，许多因素都会对烧成过程和烧结效果产生重大的影响。烧结是蜂窝陶瓷制备的重要一步，而影响烧成的主要因素包括以下四个方面【吲：(一)烧成温度45 浙江大学硕士学位论文烧成温度是陶瓷材料烧结过程中重要的一步，烧成温度是在一定范围内的，没有固定的值，但是要达到温度的下线，以使得陶瓷充分的烧成。(二)保温时间保温时间的表现主要是坯体的组成结构和晶相和玻璃相上。保温时间要保持在一定范围内，使得坯体内的各个部分反应完全，以得到想要的组分和晶粒大小，保温时间不能过长，以防晶粒长大，也不能过短，以防晶粒没有充分长大。(三)升降温速度升温速度不能过快，升温速率过快会导致挤出的坯体内各部分受热不同，从而使气氛条件发生变化，导致了各个部分的受力不一样，产生产品的开裂问题，因此要使升温过程时的升温速率保持在一定范围内，以防产品开裂。降温速率也不能过快，因为降温速率体现在相的分布上，降温过快会使产品产生缺陷。(四)烧成气氛烧成气氛主要是为了防止在烧成的过程中导致的高温氧化，陶瓷表面如果发生氧化，会对产品的性能产生影响，所以要用到保护气氛来防止这种情况的发生，而保护气氛的选取还要确定其不能和所选的材料发生反应，所以保护气氛的选取很是重要。基于以上几点，确立的烧结条件为在升温阶段在0．600。C的范围内，采用慢速升温，每分钟升温5。C，在600．1000。C，每分钟升温10。C，在1000．1800。C，采用每分钟升温50。C，在1800．2140／2160。C，采用每分钟升温30。C；保温阶段保温1小时；降温阶段在2140／2160．1800。C采用每分钟下降10。C。烧结气氛为氩气。5．4不同含水量碳化硅蜂窝陶瓷的研究5．4．1烧结性能和力学性能分析图5．4是加入不同含水量(20％，21％，22％)的碳化硅蜂窝陶瓷在2140"C和2160。C两个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。从相对密度图(a)中可以看到，随着含水量的上升，碳化硅蜂窝陶瓷的密度呈现先上升后下降的趋势，而且在2160。C时的密度高于2140。C，说明在2160"C时，蜂窝陶瓷的烧结性能较好，密度最高，在2140。C时，由于温度相对较低，蜂窝碳化硅陶瓷可能由于存在烧结不完全，导致密度降低。在2160。C时，碳化硅陶瓷的密度在含水量为21％时最大，为3．05g／cm3，而含水量增加或是减少都会使密度降低一些，这可能是由于在含水量为21％时，蜂窝陶瓷组分中各个部分相互作用完全，使得其达到一种最佳平衡状态，由此确保了较高的密度，而含水量改变后，平衡被打破，导致密度降低。这也验证了成型过程中水分的加入确实是对 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备蜂窝陶瓷起到重要的决定作用。从线收缩率的图(b)中我们可以看出两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而先下降后上升的。在2140。C时的线收缩率大于2160。C时的线收缩率，2140"C时，线收缩率在含水量20％时为27．85％，说明此时的蜂窝陶瓷收缩较大。当含水量增加到21％时，线收缩率下降到24．05％，当含水量继续增加，线收缩率又出现上升的趋势为25．95％；在2160。C时的变化与2140℃相似。(a)ContentVSdensity(b)ContentVScontractibility47 莲器旦羔皇9≥Content臃(c)ContentVSweightloss图5．4不同温度烧结后，碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能Fig．5．4SinteringpropertiesofSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures从图(c)的失重率图中可以看到，碳化硅蜂窝陶瓷的失重率随着含水量的增加先下降然后上升，2140"C时的失重率高于2160℃。失重率与蜂窝陶瓷内的塑化剂添加和水分有关系，失重率大，挥发的组分多，失重率小，挥发的组分相对较少。48124122120ll8104102100Content腻图5．5不同温度烧结后，碳化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度Fig．5．5BendingstrengthofSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures¨他∽吣％∞厶至葡co．Ip∞∞c一口co∞ 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备图5．5是加入不同含水量(20％，21％，22％)的碳化硅蜂窝陶瓷在2140。C，2160。C两个温度烧结后的抗弯强度图，从图中可以两个温度下碳化硅蜂窝陶瓷的强度均呈现是先升高后降低的趋势，且在2160。C时的抗弯强度高于2140。C下的抗弯强度。但是抗弯强度的值并不是很高，但均在10MPaP),上。在2160。C时的抗弯强度在含水量21％时最高，说明合适的含水量可以提高陶瓷的强度，过高和过低都会对陶瓷强度产生影响。邋囊葡固潍啦娥厂～，～{l＼{i≮l每_}一一扣∥‘／IJlI图5．62140"C烧结后含水量21％ff9碳化硅蜂窝陶瓷的负载．变形曲线Fig．5．6Load-deformationcurveofSiChoneycombceramic(2140"C，content21％)图5．6是在2140。C烧结后含水量为21％1均碳化硅蜂窝陶瓷的负载变形曲线图，从图中可以看出，随着负载的增加，曲线呈现缓慢上升的趋势，在负载到达一定程度之后，出现一个尖峰，随后曲线-Fr绛，这是由于在加载负载的过程中，由于蜂窝陶瓷的蜂窝状结构使得负载在增加时，变形是缓慢的，在负载继续增加由于其蜂窝结构没有被彻底损坏，但是大部分已经断裂，才会出现下降的曲线。5．4．2微观形貌分析图5．7是加入不同含水量(20％，21％，22％)的碳化硅蜂窝陶瓷在2140。C，2160*C两个温度烧结后的碳化硅蜂窝陶瓷宏观图和断面sEM图，从图中可以看到在烧结后的蜂窝陶瓷基本上保持了蜂窝状的结构，不存在开裂的现象。从微观图中我们可以看出在蜂窝陶瓷断面上存在一些小孔，这是由于塑化剂的加入导致在高温阶段由于煅烧挥发产生的孔洞。490精口；镒锵∞斓鞠覆 浙江大学硕士学位论文曩鬻i鬻器鬻蘩§鬻21％(c)2140。C％21％2：(d)2160℃图5．7不同温度烧结后，碳化硅蜂窝陶瓷宏观图和断面SEM图Fig．5．7MacroscopicandSEMphotosoffracturesurfaceofSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures从图中可以发现不同含水量之间的蜂窝陶瓷之间差异不是很大，在含水量20％的时候可以看到少量的孔洞，在含水量21％时，可以看到比较光滑的面，孔洞也基本不存在，而含水量增加到22％时，可以看到陶瓷的面中又出现了较多的小孔，所以适当的含水量可以使陶瓷的断面更好。5．4．3物相组成分析图5．8是加入不同含水量(20％，21％，22％)的碳化硅蜂窝陶瓷在2140"(2和2160"12两个温度烧结后的的xI①图谱。50 第五章挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备从图5．8中看出，碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也由6H-SiC、4H-SiC、2H．siC等q．SiC相组成，还发现了Si02存在，可能是由于高温氧化所致，或是本身存在的si02，从图谱中没有发现其他添加剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。寻∞≥：=tnC旦三i墨焉C旦三(a)2140。C(b)2160*C图5．8不同温度烧结后，碳化硅蜂窝陶瓷的xI①图谱Fig．5．8XRDpatternsofSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures5l 浙江大学硕士学位论文5．5本章小结(1)理想的蜂窝陶瓷作为载体应具备如下特点：足够的机械强度、足够的耐热冲击性、合适的孔隙结构或开孔率、具备低的热容量和高的导热率、较大的比表面积、不含有使催化剂中毒的物质、适当的吸水率、低廉的价格。(2)挤出法制备碳化硅蜂窝陶瓷制备主要包括混料机，真空练泥机，挤出成型机，蜂窝陶瓷模具。混料机主要是将碳化硅粉体，烧结助剂，分散剂和各种塑化剂混合均匀，使得各个部分分散均匀，而练泥机的作用则是消除粉料中存在的缺陷，陈腐的目的是使得各塑化剂相互作用完全，使其充分发挥作用。蜂窝陶瓷挤压机主要是用来挤出蜂窝陶瓷坯体，在挤压的过程中，真空的好坏是影响挤出效果的重要因素。(3)挤出成型需要泥料具有可塑性，而塑化剂的加入正是保证泥料具有可塑性的重要因素，成型得到保证，挤出的蜂窝陶瓷坯体的干燥和烧结过程也是尤为重要的，确定合适的烧成制度是制备蜂窝陶瓷的关键，而烧成制度主要与烧成温度，保温时间，升降温速率和保护气氛有关，根据蜂窝陶瓷的要求确定合适的烧成制度。(4)制备了不同含水量的碳化硅蜂窝陶瓷，相对密度，随着含水量的上升，碳化硅蜂窝陶瓷的密度呈现先上升后下降的趋势，而且在2160。C时的密度高于2140。C；两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而先下降后上升的。在2140。C时的线收缩率大于2160"(?时的线收缩率；失重率图随着含水量的增加先下降然后上升，2140。C时的失重率高于2160"(2；抗弯强度均呈现是先升高后降低的趋势，且在2160。C时的抗弯强度高于2140"(7下的抗弯强度。但是抗弯强度的值并不是是很高，但均在10MPaP),上。不同含水量之间的蜂窝陶瓷之间sEM图差异不是很大，在含水量20％的时候可以看到少量的孔洞，在含水量21％时，可以看到比较光滑的面，孔洞也基本不存在，而含水量增加到22％时，可以看到陶瓷的面中又出现了较多的小孔，所以适当的含水量可以使陶瓷的断面更好。碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也由6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等a—SiC相组成，还发现了Si02的存在，可能是由于高温氧化所致，或是本身存在Si02，从图谱中没有发现其他添加剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。52 第六章添加造孑L剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷6．1前言前面两章已经对于多孔碳化硅陶瓷和碳化硅蜂窝陶瓷的性能进行了相应的研究和分析，在多孔碳化硅陶瓷的研究中，通过添加不同含量，不同种类在不同的烧结温度下添加竹炭与二氧化硅溶胶造孔剂，淀粉造孔剂和氧化铁造孔剂的研究，对比三种造孔剂的烧结性能和力学性能，还有微观形貌与物相分析，结果表明用竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂时，得到的性能相对于其他两种来讲存在一些问题，首先是工艺上复杂一些，要进行前驱体的制备，其次其性能与其他两组相比，强度下降过快，而孔洞结构也不是很多，而对于淀粉为造孔剂来讲，可以看到分布相对均匀的造孔剂，同时其强度也能保持在较高的范围内，而加入氧化铁为造孔剂可以看到形成了较多的通孔结构，而这些孔洞对于制备多孔陶瓷来讲是非常有利的。通过对于蜂窝陶瓷的制备，确立了成型的条件，成型中水含量的控制是至关重要的，而通过微观形貌观察可知在碳化硅蜂窝陶瓷壁上存在的孔洞很少或是基本没有，而本章的目的正是在基于以上两章的基础上，通过在碳化硅蜂窝陶瓷孔壁上再造微孔，来增加比表面积和孔隙率，进而制备出高比表面积和高气孔率的多孔碳化硅蜂窝陶瓷。制备的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的目的是为了更好地处理气体排放过程中的有害气体。其作用机理【6％80】如下图所示，制备出的蜂窝陶瓷含有很多孔洞，而这些孔洞是通孔的结构，在作为载体时，将一端封闭而另一端是开通的。柴油机排气时，尾气由前端的开通的孔洞进入，但是孔道的末端是封闭的，气流就会通过多孔薄壁进入到末端开口的孔道内，并从末端流出。这样就可以使得气体在载体内停留较多的时间，而是气体充分反应，进行转化，来提高其转化效率，本章就是基于这样的思路进行了多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备和研究。53 浙江大学硕士学位论文尾气过滤后净化气体图6．1多孔碳化硅蜂窝陶瓷作用机理Fig．6．1TheoryofPorousSiChoneycombceramics6．2实验流程图制备流程图如下图所示：54网◇l矗妒)·-·-------i-卜造粒耢誊i‘：‘。图6．2挤出成型流程图Fig．6．2Procedureofextrusionmolding圈囝 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷6．3淀粉为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备6．3．1配方设计和烧结工艺制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷的实验配方和烧结工艺如下表所示：表6．1配方设计Table6．1CompositionsofMoldingformula6．3．2烧结性能和力学性能分析图6．3是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的淀粉造孔剂在2140"C和2160。C两个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。从相对密度图(a)中可以看到，随着造孔剂含量的上升，多孔碳化硅蜂窝陶瓷陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160℃时的密度高于2140。C，在2160℃时，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的密度由添加造孔剂12．5％时的2．42g／cm3下降到加入造孔剂含量15％时的2．36g／cm3，而且随着造孔剂含量的增加，下降的值越来越大，当造孔剂含量达到20％时，在2160。C烧结下的碳化硅多孔陶瓷的密度下降到了2．209／cm3。在2140。C时多孔碳化硅陶瓷的密度由添加造孔剂含量12．5％时的2．37g／cm3下降到添加造孔剂15％时的2．32g／em3当造孔剂含量到达20％时，相对密度降到2．17g／em3。从线收缩率的图(b)中我们可以看出两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。在2160*C时的线收缩率高于2140。C时的线收缩率，这种收缩率的变化可能会对密度的高低有一定的影响。从图中可以看到在2160。C时多孔碳化硅蜂窝陶瓷的线收缩率由造孔剂添加量为12．5％时的24．68％下降到含量15％的22．15％，收缩率明显降低，说明造孔剂的加入对收缩率产生了较大的影响。淀粉的加入使得单位体积的密度降低，而淀粉因为自身的膨胀不可逆性性质，使得其对多孔碳化硅蜂窝陶瓷起到一定的支撑作用，导致即使在高含量时，收缩率也55 浙江大学硕士学位论文不会升高，相反还存在降低的趋势。从图(C)的失重率图中可以看到，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，2140。C时的失重率高于2160。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。失重率与添加的造孔剂淀粉有一定关系，失重率大，说明淀粉高温炭化后的组分失去多，失重率低，说明原有的淀粉添加少，高温炭化后相应的组分失去的较少。56(a)ContentVSdensity(b)ContentVScontractibility，uJu．宕／各IscQo口￡Q葛匣蚤若D110臣芒oU 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷272625242321415】6171819202Content糯(c)ContentVSweightloss图6．3不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能Fig·6．3SinteringpropertiesofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures图6．4是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的淀粉造孔剂在2140。C和2160"(2两个温度烧结后的抗弯强度图：图6．4不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度Fig·6·4BendingstrengthofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures57摹／s∞o=￡兽o_，多西山至／q苟c2豸咖￡lpcQ∞ 浙江大学硕士学位论文从图中可以看出两个温度下的抗弯强度随着造孔剂含量的增加呈现降低的趋势，在高温2160。C时的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的强度均低于烧结温度2140下加入造孔剂时的抗弯强度，这与之前的收缩率和密度的共同作用存在一定的关系。也与内部的结构有一定的影响，在2160。C时，强度由最初的含量12．5％时的12．23MPa下降到含量20％的8．78MPa，在2140。C时，强度由最初的含量5％时的13．48MPa下降到含量20％的9．36MPa，无论是2140。C还是2160。C，强度都比较低，但是均在8MPa以上。6．3．3微观形貌分析图6．5是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的淀粉造孔剂在2140℃和2160。C两个温度烧结后的断面sEM图。从图中可以看出，在2140。C和2160。C下均可以看到表面的孔洞结构，大多数孔洞为闭孔结构，且孔洞多为圆球形，分布较为均匀，大小相差不是很大，只是在含量增加时，可以看到较小的上升趋势。5820％(a)2140。C15％17．5％ 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷20％(b)2160。C图6．5不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷断面SEM图Fig．6．5SEMphotosoffracturesurfaceofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures6．3．4物相组成分析图6．6是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的淀粉造孔剂在2140℃和2160。C两个温度烧结后的XRDI蚕谱。从图中看出，碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也I圭／6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等仪．SiC相组成，还发现了Si02的存在，可能是由于高温氧化所致，或是本身存在的si02，从图谱中没有发现其他添加剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。59 浙江大学硕士学位论文寻毋支：!∞C旦三20／deg(b)2160℃图6．6不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的xlm图谱Fig．6．6XRDpatternsofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures6．3．5压汞分析图6．7是多孔碳化硅蜂窝陶瓷含量(15％，17．5％，20％)在2140。C懈的孔径分布图：图6．7在2140"(2烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷孔径分布Fig．6．7PoresizedistributionofPorousSiChoneycombceramicat2140"CSinteringtemperature60∞t工Iu／(。>∞。1)口、>口，。E三o>∞Jo山lB二c兰脚翟一o∞Eu＼：>．。E=lo>u．I。山。^l葛ln；lnU 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷从图中可以看出随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，从图中曲线包围的面积可以看出；当在造孔剂含量为15％和17．5％时，增加的相对较少，但当含量到达20％，可以看到明显的增加；而从不同的孔径分布来看，不同添加造孔剂时，孔径的分布基本只有一个尖峰，说明添加淀粉造孔得到的孔径分布较好，大多集中在一个较小的范围内，而随着造孔剂含量的增加，可以看到尖峰内的面积越来越大，说明随着造孔剂含量的上升，孔体积增大。从尖峰的位置我们可以发现，孔径大都在较小的范围内，基本在0．4gm以下，说明添加淀粉为造孔剂，得到的孔径是比较小的，这与淀粉的粒度有关。图6．8是多孔碳化硅蜂窝陶瓷在含量(15％，17．5％，20％)在2140。C烧结后的孔体积图，从图中可以看出，随着造孔剂含量的上升，孔体积呈现增大的趋势，这与上面分析的结果一致，说明造孔剂含量的增加确实增大了孔隙率。图6．8在2140"C烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷孔隙率Fig．6．8PorisityofPorousSiChoneycombceramicat2140"CSinteringtemperature图6．9是多孔碳化硅蜂窝陶瓷在含量(15％，17．5％，20％)在2140"(2烧结后的中孔径和骨架密度，从图中可以看出，随着造孔剂含量的增加，中孔径是呈现增大的趋势，而骨架密度是逐渐降低的，这是因为孔隙率的增加导致了骨架密度的降低，而造孔剂含量的增加导致了中孔径有所增大。61 浙江大学硕士学位论文E{旦Q磊否竺盅暑弓。芝Content／％》口弓习暑口=竺．尊∞暑图6．9在2140口c烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷中孔径和骨架密度Fig．6．9MedianporediameterandapparentdensityofPorousSiChoneycombceramicat2140。CSinteringtemperature6．4氧化铁为造孔剂多孔碳化硅蜂窝陶瓷的制备6．4．1配方设计和烧结工艺制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷的实验配方和烧结工艺如下表所示：表6．2配方设计Table6．2CompositionsofMoldingformula6．4．2烧结性能和力学性能分析62图6．10是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的氧化铁造孔剂在2140。C 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷和2160"C两个温度烧结后的相对密度，线收缩率和失重率的变化图。’E9掣蚤磊C凸鋈害匣壹暑=釜芒8Content惕(a)ContentVSdensity(b)ContentVScontractibility63 浙江大学硕士学位论文(c)ContentVSweightloss图6．10不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能Fig．6．10SinteringpropertiesofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures从相对密度图(a)中可以看到，随着造孔剂含量的上升，多孔碳化硅蜂窝陶瓷陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160"(2时的密度高于2140。C，在2160。C时，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的密度由添加造孔剂12．5％时的2．65g／cm3下降到加入造孔剂含量15％时的2．57g／cm3，而且随着造孔剂含量的增加，下降的值越来越大，当造孔剂含量达到20％时，在2160"(2烧结下的碳化硅多孔陶瓷的密度下降到了2．45g／cm3。在2140"(2时多孔碳化硅陶瓷的密度由添加造孔剂含量12。5％时的2．49g／cm3下降到添加造孔剂15％时的2．44g／cm3当造孔剂含量到达20％时，相对密度降到2．35g／cm3。从线收缩率的图(b)中我们可以看出两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。在2160"(2时的线收缩率高于2140"(2时的线收缩率，这种收缩率的变化可能会对密度的高低有一定的影响。从图中可以看到在2160。C时多孔碳化硅蜂窝陶瓷的线收缩率由造孔剂添加量为12．5％时的16．64％下降到含量15％的15．32％，收缩率有所降低，说明氧化铁造孔剂的加入对收缩率产生了较大的影响。氧化铁主要是通过与碳化硅反应后生成的骨架结构来降低收缩率的，同时生成较多的通孔结构。从图(c)的失重率图中可以看到，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，2140。C时的失重率高于2160。C，随着造孔剂含量的上升， 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷失重率迅速增加。失重率与添加的造孔剂氧化铁有一定关系，失重率大，说明组分失去多，失重率低，说明组分失去的较少。图6．1l不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的抗弯强度Fig．6．11BendingstrengthofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures图6．11是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的氧化铁造孔剂在2140℃和2160。C两个温度烧结后的抗弯强度图，从图中可以看出两个温度下的抗弯强度随着造孔剂含量的增加呈现降低的趋势，在高温2160。C时的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的强度均低于烧结温度2140下加入造孔剂时的抗弯强度，这与之前的收缩率和密度的共同作用存在一定的关系。也与内部的结构有一定的影响，在2160℃时，强度由最初的含量12．5％时的12．90MPa下降到含量20％ff可8．42MPa，在2140。C时，强度由最初的含量5％时的13．15MPa下降到含量20％的8．98MPa，无论是2140℃还是2160℃，强度都比较低，但是均在8MPa以上。6．4．3微观形貌分析图6．12是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的氧化铁造孔剂在2140。C和21600C两个温度烧结后的断面sEM图。从图中可以看出，在2140。C时随着造孔剂含量的上升，微观形貌发生了较明显的变化，这与之前的研究结果相符，随着造孔剂含量的增加，可以看到表面的孔洞越来越明显，在2160。C下可以更为清晰的看到表面的孔洞结构，大多数孔洞为通孔结构。65 浙江大学硕士学位论文12．5％15％20％(a)2140℃15％17．5％20％(b)2160℃图6．12不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷断面SEM图Fig．6．12SEMphotosoffracturesurfaceofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures6．4．4物相组成分析图6．13是加入不同含量(12．5％，15％，17．5％，20％)的氧化铁造孔剂在2140"(2和2160。C两个温度烧结后的xIm图谱。从图中看出，碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也由6H—SiC、4H．SiC、2H．SiC等0【．SiC相组成，从图谱中没有发现其他添加 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。iC口’≥=∞C旦三j墨‘至尝墨-6HSiC·-4HSiCO一2HSiC璺O．E[．一●u广L—O。．·一一?O”20％醢l；=?i：：。17．5％IJLL．．．I．I．15％l1。I．^12．5％LJ【_^．I。I．2030405060708020／deg(a)2140℃Co)2160℃图6．13不同温度烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的xRD图谱Fig·6．13XRDpattemsofPorousSiChoneycombceramicatdifferentSinteringtemperatures67 浙江大学硕士学位论文6．4．5压汞分析图6．14是多孔碳化硅蜂窝陶瓷在含量(15％，17．5％，20％)在2140"(2烧结后的孔径分布图，从图中可以看出随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，从图中曲线包围的面积可以看出；"-3在造孔剂含量为l7．5％和20％时，增加的相对较少，但与含量在15％时相比，还是可以看到明显的增加；而从不同的孔径分布来看，添加不同含量的造孔剂时，孔径的分布基本也是只有一个尖峰，说明添加氧化铁造孔得到的孔径分布也是比较好的，大多集中在一个较小的范围内，大概在0．2-0．9lam之间，从图中还可以看出，随着造孔剂含量的增加，可以看到尖峰内的面积越来越大，说明随着造孔剂含量的上升，孔体积增大，而尖峰的位置也随着含量的增加呈现右移的趋势，说明随造孔剂含量增加平均孔径是增大的。图6．14在2140"C烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷孔径分布Fig．6．14PoresizedistributionofPorousSiChoneycombceramicat2140"CSinteringtemperature图6．15是多孔碳化硅蜂窝陶瓷在含量(15％，17．5％，20％)在2140℃下的孔体积图，从图中可以看出，随着造孔剂含量的上升，孔体积呈现增大的趋势，这与上面分析的结果一致，说明造孔剂含量的增加确实增大了孔隙率。68 摹石之蚤’历2o山第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷Content，％图6．15在2140。C烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷孔隙率Fig．6．15PorisityofPorousSiChoneycombceramicat2140"CSinteringtemperature图6．16是多孔碳化硅蜂窝陶瓷在含量(15％，17．5％，20％)在21409C烧结后的中孔径和骨架密度，从图中可以看出，随着造孔剂含量的增加，中孔径是呈现增大的趋势，而骨架密度是逐渐降低的，这是因为孔隙率的增加导致了骨架密度的降低，而造孔剂含量的增加导致了中孔径的增大。Content胱_一卓单釜兽占．甚釜金《图6．16在2140℃烧结后，多孔碳化硅蜂窝陶瓷中孔径和骨架密度Fig．6．16MedianporediameterandapparentdensityofPorous2140。CSmtefingtemperatureSiChoneycombceramicat69互皇。苗善!a譬。山c圆哥苫 浙江大学硕士学位论文6．5本章小结(1)以淀粉为造孔剂制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷时，随着造孔剂含量的上升，多孔碳化硅蜂窝陶瓷陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160"(2时的密度高于2140。C，两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。在2160。C时的线收缩率高于2140"(2时的线收缩率，多孔碳化硅蜂窝陶瓷的失重率随着造孔剂含量的增加而上升，2140。C时的失重率高于2160。C，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。两个温度下的抗弯强度随着造孔剂含量的增加呈现降低的趋势，在高温2160。C时的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的强度均低于烧结温度2140下加入造孔剂时的抗弯强度，这与之前的收缩率和密度的共同作用存在一定的关系。强度都比较低，但是均在8MPa以上。在2140。C和2160。C下均可以看到表面的孔洞结构，大多数孔洞为闭孔结构，且孔洞多为圆球形，分布较为均匀，大小相差不是很大，只是在含量增加时，可以看到较小的上升趋势。碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也由6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等旺．SiC相组成，还发现了Si02的存在，可能是由于高温氧化所致，或是本身存在的si02，从图谱中没有发现其他添加剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，从图中曲线包围的面积可以看出；当在造孔剂含量为17．5％和20％时，增加的相对较少，但与含量在15％时相比，还是可以看到明显的增加；而从不同的孔径分布来看，添加不同含量的造孔剂时，孔径的分布基本也是只有一个尖峰，说明添加氧化铁造孔得到的孔径分布也是比较好的，大多集中在一个较小的范围内，基本在0．4gm以下，从图中还可以看出，随着造孔剂含量的增加，可以看到尖峰内的面积越来越大，说明随着造孔剂含量的上升，孔体积增大，而尖峰的位置也随着含量的增加呈现右移的趋势，说明随造孔剂含量增加平均孔径是增大的。随着造孔剂含量的上升，孔体积呈现增大的趋势，孔径是呈现增大的趋势，而骨架密度是逐渐降低的，这是因为孔隙率的增加导致了骨架密度的降低，而造孔剂含量的增加导致了中孔径有所增大。(2)t；Z氧化铁为造孔剂制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷，随着造孔剂含量的上升，多孔碳化硅蜂窝陶瓷陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，而且在2160。C时的密度高于2140。C，两个温度下的线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低。在2160。C时的线收缩率高于2140。C时的线收缩率，失重率随着造孔剂含量的增加而上升，2140。C时的失重率高于2160"(3，随着造孔剂含量的上升，失重率迅速增加。两个温度下的抗弯强度随着造孔剂含量的增加呈现降低的趋势，在高温2160"(2时的多孔碳化硅蜂窝陶瓷的强度均低于烧结温度2140下加入造孔剂时的抗弯强度，这与之前的收缩率和密度的共同作用存在一定的关系，也与内部的结构有一定的影响。在2140。C时随着造孔剂含量的上升，微观形貌发生了较明显的变化，这与之70 第六章添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷前的研究结果相符，随着造孔剂含量的增加，可以看到表面的孔洞越来越明显，在2160"(2下可以更为清晰的看到表面的孔洞结构，大多数孔洞为通孔结构。碳化硅蜂窝陶瓷中的主要物相是也由6H．SiC、4H．SiC、2H．SiC等0【．SiC相组成，从图谱中没有发现其他添加剂峰的存在，证明了生成的碳化硅蜂窝陶瓷是较为纯净的碳化硅蜂窝陶瓷。烧结温度的改变也没有使相图发生变化。随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，当在造孔剂含量为17．5％和20％时，增加的相对较少，但与含量在15％时相比，还是可以看到明显的增加；而从不同的孔径分布来看，添加不同含量的造孔剂时，孔径的分布基本也是只有一个尖峰，说明添加氧化铁造孔得到的孔径分布也是比较好的，大多集中在一个较小的范围内，大概在0．2～0．9gm之间，随着造孔剂含量的增加，可以看到尖峰内的面积越来越大，说明随着造孔剂含量的上升，孔体积增大，而尖峰的位置也随着含量的增加呈现右移的趋势，说明随造孔剂含量增加平均孔径是增大的。随着造孔剂含量的上升，孔体积呈现增大的趋势，中孔径是呈现增大的趋势，而骨架密度是逐渐降低的，这是因为孔隙率的增加导致了骨架密度的降低，而造孔剂含量的增加导致了中孔径的所增大。7l 浙江大学硕士学位论文 第七章全文总结本文首先对多孔碳化硅陶瓷进行造孔研究，通过加入不同含量，不同种类的造孔剂，在不同的烧结温度下烧成，选取较好的组成为制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷做准备；其次通过对不同塑化剂的碳化硅蜂窝陶瓷的挤出成型研究，改变含水量和烧结温度，确定较佳的蜂窝陶瓷的挤出成型工艺；最后通过添加造孔剂与挤出成型相结合制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷，考察了多孔碳化硅蜂窝陶瓷的烧结性能、力学性能、微观形貌、物相分析及孔结构分析，制备了较为理想的多孔碳化硅蜂窝陶瓷。主要研究结论如下：(一)添加造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷的研究(1)以竹炭和二氧化硅溶胶为造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷，相对密度随着造孔剂含量的增加而降低，且在1950"C时的相对密度最好，线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而上升，失重率随着遣孔剂含量的增加而上升；未加入遣孔剂的碳化硅陶瓷的强度均高于同烧结温度下加入造孔剂时的抗弯强度，且随着造孔剂含量的增加强度降低，在1950。C时抗弯强度最好；随着造孔剂含量的增加，在多孔陶瓷中可以看到陶瓷断面的孔洞有逐渐增加的趋势，造孔剂的加入基本没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。(2)以淀粉为造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，线收缩率均小于未加入造孔剂的线收缩率，失重率随着造孔剂含量的增加雨上升；碳化硅多孔陶瓷的强度则呈现下降的趋势；孔洞也有逐渐增加的趋势，造孔剂淀粉的加入也没有影响碳化硅陶瓷的物相组成。(3)以氧化铁为造孔剂制备碳化硅多孔陶瓷，随着造孔剂含量的上升，碳化硅多孔陶瓷的密度呈现逐渐下降的趋势，线收缩率均是随着造孔剂含量的增加而降低，失重率随着造孔剂含量的增加而上升；随着造孔剂含量的增加，可以看到断面中出现了大量的孔洞，多为通孔结构，氧化铁的加入也没有使相图发生变化。(二)挤出成型法碳化硅蜂窝陶瓷的制备研究(1)制备了不同含水量的碳化硅蜂窝陶瓷，随着含水量的上升，密度呈现先上升后下降的趋势，线收缩率是先下降后上升，失重率图随着含水量的增加先下降然后上升；抗弯强度均呈现是先升高后降低的趋势，均在10MPaE2上；不同含水量之间的蜂窝陶瓷之间SEM图差异不是很大，添加剂加入未影响物相组成。73 浙江大学硕士学位论文(三)添加造孔剂结合挤出成型制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷的研究(1)以淀粉为造孔剂制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷时，随着造孔剂含量的上升，密度和线收缩均呈现逐渐下降的趋势，失重率随着造孔剂含量的增加而上升；抗弯强度随着造孔剂含量的增加呈现降低的趋势，均在8MPa以上。断面孔洞大多数为闭孔结构，分布较为均匀，添加剂未改变物相组成；随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，孔径的分布也是只有一个尖峰，孔径基本在0．4pm以下。(2)以氧化铁为造孔剂制备多孔碳化硅蜂窝陶瓷，随着造孔剂含量的上升，密度和线收缩率呈现逐渐下降的趋势，失重率上升，抗弯强度呈现降低的趋势；随着造孔剂含量的增加，可以看到表面的孔洞越来越明显，大多数孔洞为通孔结构，添加剂未改变物相组成；随着造孔剂含量的增加，总孔体积是呈现上升的趋势，孔径的分布基本也是只有一个尖峰，大概在0．2～0．9pm之间，随着造孔剂含量的上升，中孔径呈现增大的趋势，而骨架密度是逐渐降低的。74 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