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摘 要

多孔陶瓷是作为一种先进的特种陶瓷，越来越多的被应用在工业制造和日常生活中，如在吸附器、耐火材料、气体、液体过滤装置等方面上都有很广泛的应用。石英为主要成分的多孔陶瓷更是具有强度高、热性能好 、化学性能好等优良品质，因此多孔石英陶瓷具有潜在的应用价值。

多孔陶瓷制备有许多方法，本次设计选择颗粒堆积的方法，添加适当种类适当添加量的粘结剂将石英砂颗粒结合在一起，粘结剂的种类和含量影响陶瓷的各项性能。石英陶瓷烧结需要的温度比较低，一般需要低于1200℃，然而在1200℃时石英陶瓷并没有产生液相。因此，需要添加烧结所需要的助熔剂，本次设计主要是利用磷酸和硼酸使得石英在低温下产生液相，促进石英陶瓷在低温下的烧结。不同的烧结温度和保温时间也影响陶瓷的各项性能。经过实验和表征测试，对比了不同变量对陶瓷性能的影响，我们发现在当添加有机粘结剂4wt%、硼酸1.5wt%的坯体在1100℃烧结温度下保温时间2h制备的多孔石英陶瓷具有较高的强度、足够的孔隙和均匀的孔隙分布。

关键词：石英 多孔陶瓷 助熔剂 烧结

Porous quartz ceramics

Abstract

Porous ceramics, as a kind of advanced special ceramics, are more and more widely used in industrial manufacturing and daily life, such as adsorbent, refractory, gas, liquid filter and so on. Porous quartz ceramics have high strength, good thermal performance, good chemical performance and other excellent qualities. Therefore, porous quartz ceramics have potential application value.

There are many ways to prepare porous ceramics. In this design, the method of particle stacking is selected, and the appropriate type and amount of binder is added to combine quartz sand particles together. The type and content of binder will affect the performance of ceramics. The sintering temperature of quartz ceramics is relatively low, generally lower than 1200℃. However, at 1200℃, quartz ceramics do not produce liquid phase. Therefore, flux needed for sintering needs to be added. This design mainly USES phosphoric acid and boric acid to make quartz produce liquid phase at low temperature and promote the sintering of quartz ceramics at low temperature. Different sintering temperature and holding time also affect the properties of ceramics. Through experiments and characterization tests, the influences of different variables on ceramic properties were compared. It was found that porous quartz ceramics prepared by adding 4wt% organic binder and 1.5wt% boric acid at 1100℃ sintering temperature for 2h had higher strength, sufficient pores and uniform pore distribution.

Keywords: quartz; porous ceramics; flux; sintering

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 石英陶瓷 2

1.2.1 简介 2

1.2.2 发展历史及现状 2

1.2.3 影响烧结的因素 3

1.3 多孔陶瓷 4

1.3.1 发展历史及现状 4

1.3.2 分类 5

1.3.3 成型方法 5

1.4 本课题的研究意义和主要研究内容 6

第二章 实验原料和过程 7

2.1 实验仪器 7

2.2 实验材料 8

2.3 实验过程及分析 8

2.3.1 成型 8

2.3.2 干燥 9

2.3.3 烧结 10

2.3 表征方法 11

2.3.1线收缩率的测定 11

2.3.2强度的测定 11

2.3.3孔隙率的测定 11

2.3.4微观形貌的测定 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 烧结温度的影响 13

3.1.1烧结温度对陶瓷强度的影响 13

3.1.2烧结温度对陶瓷微观结构的影响 14

3.2 保温时间的影响 15

3.2.1保温时间对陶瓷强度的影响 15

3.2.2保温时间对陶瓷孔隙率的影响 16

3.2.3保温时间对陶瓷线收缩率的影响 17

3.2.4保温时间对陶瓷微观结构的影响 17

3.3 助熔剂的影响 18

3.3.1助熔剂对陶瓷强度的影响 18

3.3.2助熔剂对陶瓷气孔率的影响 19

3.3.3助熔剂对陶瓷微观结构的影响 20

3.4 粘结剂种类的影响 21

3.4.1粘结剂种类对陶瓷强度的影响 21

3.4.2粘结剂种类对陶瓷孔隙率的影响 23

3.4.3粘结剂种类对陶瓷微观结构的影响 24

3.5 粘结剂量的影响 25

3.5.1 粘结剂量对陶瓷强度的影响 25

3.5.2 粘结剂量对陶瓷孔隙率的影响 26

3.5.3 粘结剂量对陶瓷微观结构的影响 27

第四章 结论与展望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 29

参考文献 30

致谢 32

第一章 绪论

1.1前言

科技改变世界，科学改善生活。多孔陶瓷作为一种多功能的先进材料改变我们的世界、造福我们的生活。多孔陶瓷多选用石英、氧化铝、堇青石的原材料制成，因为这些原料制备的陶瓷具有一定的强度支持、较高的耐火耐化学能力、并且制造方法多样^[1]。其中石英陶瓷相比其他的陶瓷来说性能更优良，适应市场的需求，因此本次课题我们选择多孔石英陶瓷。石英陶瓷的制备同样有许多种不同的方法，主要是以石英玻璃为原料的制造方法和以石英晶体为原料的制造方法。于上世纪60年代问世于美国，一经推出就在特种陶瓷领域占领了一席之地，这归功于它良好的性能指数^[2-4]。其主要性能包括致密性好、热膨胀系数小、高温荷重软化温度高、抗热震性高（耐1600℃以上的高温）、绝缘性好等^[5]。同时相较于石英玻璃，石英陶瓷造价更为低廉，可以大量投入生产。现如今以及在冶炼铸造工业、航天工业、无机材料制造工业、金属制造工业、能源工业等方面拥有着广泛的应用^[6]。

制备多孔石英陶瓷需要保留所需的耐高温、化学腐蚀的特性、强度高的特性等不需要其致密性的优点。制造孔隙率大且具有以上优点的制品成为本课题的主要内容。因此，选择正确的方法、适当的原料、适当的配合比十分重要。常见的粘结剂有硅质溶胶，聚乙烯醇溶胶等，常用的矿化剂有碱金属氧化物(铝系的为主)，成型方法也有很多种，发泡法、有机物泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法等方法^[7]。

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