论文总字数：20186字

摘 要

本文采用工艺简便、环境友好的凝胶发泡成型工艺制备密度低、高气孔率、耐腐蚀的高温隔热多孔陶瓷材料。在该工艺中主要通过调节单体含量、粒子稳定剂浓度和含量控制它的发泡程度，采用高分子凝胶手段控制其生坯强度。主要表征其气孔率、形貌、抗弯强度、收缩率，探究其与热导率的关系。最后，通过实验表征得出性能最优的一组试样：固含量为71.4%，以α-Al₂O₃粉料质量为基准，单体占其9%，丁酸浓度120mmol/L、含量占0.52%。其热导率仅为1.59W·m^-1·K^-1。

关键词：水基凝胶发泡 气孔率 多孔陶瓷 α-Al₂O₃ 热导率

Preparation of Porous Ceramics by Aqueous Gel Foaming

Abstract

In this paper, high-temperature thermal insulation porous ceramic material with low-density, high porosity and corrosion resistance was prepared by a simple and environmentally friendly gel foaming process. In the process, the degree of foaming was controlled mainly by adjusting the monomer content, the particle stabilizer concentration and the content, and the green body strength was controlled by a polymer gel method. We mainly characterized its porosity, morphology, flexural strength and shrinkage in order to investigate its relationship with thermal conductivity. Finally, a set of samples with the best performance was obtained by experimental characterization: the solid content was 71.4%, based on the mass of α-Al₂O₃ powder, the monomer accounted for 9%, the butyric acid concentration was 120mmol/L, and the content accounted for 0.52%. Its thermal conductivity is only 1.59 W·m^-1·K^-1.

Key Words: Water-based gel foaming; Porosity; Porous ceramics; α-Al₂O₃; Thermal conductivity

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 多孔陶瓷制备方法 1

1.3 水基凝胶发泡法 2

1.3.1 表面活性剂发泡 2

1.3.2 颗粒稳定发泡 3

1.4 总结 4

第二章 实验材料与方法 5

2.1. 实验试剂与仪器 5

2.1.1 实验试剂 5

2.1.2 实验设备 5

2.2. 实验方法与步骤 6

2.2.1 α-Al₂O₃粒径分布测定 6

2.2.2 有机浆料的制备 7

2.2.3 凝胶发泡过程 8

2.2.4 样品成型 8

2.3. 实验表征 9

2.3.1 三点弯曲法 9

2.3.2 阿基米德法 9

2.3.3 线收缩率 10

2.3.4 光学显微镜 10

2.3.5 扫描电子显微镜 10

2.3.6 热导率 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 改变单体含量实验结果 12

3.1.1 收缩率 12

3.1.2 弯曲强度和气孔率 13

3.2 改变丁酸含量实验结果 15

3.2.1 收缩率 15

3.2.2 弯曲强度与气孔率 15

3.3 改变丁酸含量实验结果 16

3.3.1 气孔率 16

3.3.2 弯曲强度与气孔率 17

3.4 微观形貌表征 17

3.4.1 光学显微镜 18

3.4.2 SEM扫描电子显微镜 20

3.5 热导率 21

第四章 结论与展望 22

4.1 结论 22

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1. 引言

多孔陶瓷是近年来备受关注的材料，多孔陶瓷不仅具有普通陶瓷材料基本的优良性质，而且还因为其具有良好的热稳定性能以及其独特的结构而成为近年来陶瓷材料领域的一个研究热点，多孔陶瓷材料具有多孔的网络结构、孔形状规整、气孔率高、强度高、热导性能优良，这些优良性能使其具有广泛的应用前景。目前，已经应用在很多行业之中，所以多孔陶瓷也是一个热门的研究课题

多孔陶瓷种类繁多，一般根据孔径大小分为三类：孔径lt;2nm 的称为微孔陶瓷，孔径介于2nm至50nm之间的称为介孔陶瓷，孔径大于50nm的称为宏孔陶瓷。根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷^{[1, 2]}。而对于多孔材料的制备方法而言，前人通过自己的劳动和智慧总结出了很多新颖而实用的方法。

1. 多孔陶瓷制备方法

多孔材料的制备的关键在于形成符合工艺要求的多孔结构，其中最重要的是要控制孔径的大小、形状、数量及分布，而这也是实验研究最需要解决的难题而多孔材料在实际应用中最需要控制的就是多孔结构的表征，所以选择合适的工艺和制备方法至关重要。目前比较常用的制备方法如表1-1，可知，多孔陶瓷的制备方法多种多样，前人用他们的经验得到这些方法，在制备多孔陶瓷时主要是想利用它的高气孔率、气孔形状可调节、能够形成三维网络空间结构这些区别与其他普通陶瓷的性能。另外，本实验采用的是发泡工艺中的湿法发泡，而整个工艺流程中最主要的两个步骤是颗粒稳定发泡、凝胶聚合。而颗粒稳定发泡主要是为了发泡形成气泡，从而在烧成时候形成孔洞以便形成三维空间网络结构，另外在凝胶聚合这个过程中主要利用生坯基体凝胶、单体聚合从而使生坯能够形成三维网络空间结构，利用这两个工艺就能形成气孔率高、满足强度的保温隔热材料。

表1-1 常见的制备方法

挤压成型

在这个生产过程中，其中最关键的是挤出成型，而挤出成型模具是挤出成型的是最主要的一个环节。我国已经开始了600孔/ in2挤出成型模具的研究，并取得了初步成功[3]。

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