【正文】 單一助劑往往不能同時滿足其燒結(jié)和機電性能的要求，一般情況下單一助劑在降低燒結(jié)溫度的同時會導(dǎo)致陶瓷性能的降低，因此，采用多種不同助劑組成的復(fù)合添加劑要比單獨使用其中一種助劑更為常見 ， 在選配復(fù)合助劑時一般要遵循以下 三個 原則 [49]： 1) 不同助劑之間應(yīng)具有協(xié)同促進燒結(jié)的作用，多種助劑復(fù)合添加與單一助劑相比可以更好的降低燒成溫度； 2) 不同助劑之間最好不發(fā)生反應(yīng)，否則會減弱或抵消其促燒作用； 3) 不同助劑之間可以起到相互補充的作用，一種助燒劑在促進燒結(jié)的同時對材料性能產(chǎn)生的不利影響可以由另一種助劑進行彌補，故一般根據(jù)燒結(jié)助劑的作用往往選擇將可以降低燒結(jié)溫度的助劑與可以改善燒結(jié)體顯微組織結(jié)構(gòu)和燒結(jié)性能的其他助劑搭配使用。但是二者都只是對于有機泡沫浸漬法制備多孔陶瓷做了一些分析和總結(jié)，并未提出改進方案及未來的發(fā)展方向。作為一種新興的制備工藝，有機泡沫熱解 — 化學(xué)氣相滲透法雖然并沒有應(yīng)用于氧化鋁多孔陶瓷制備的先例，但由此也可以看到有機泡沫浸漬法巨大的發(fā)展空間，尤其在多孔陶瓷的制備和改進方面的發(fā)展不可限量。 現(xiàn)如今多孔氧化鋁陶瓷的應(yīng)用越來越廣泛，但是由于氧化鋁本身燒結(jié)溫度過高，燒結(jié)條件比較苛刻，嚴重阻礙了多孔氧化鋁陶瓷走向大眾化和市場化。3 65~70 115 75 PU2 25177。 懸浮液固含量的計算公式 ： %100??? 陶瓷理論密度陶瓷粉體質(zhì)量水的體積陶瓷理論密度陶瓷粉體質(zhì)量固含量 （ 21） 分散劑的加入總量按下式計算： 分 散 劑 的 加 入 質(zhì) 量 =MT （ 22） 式中： M——表示氧化鋁粉體的質(zhì)量 g； T——表示分散劑的添加量 % 實驗中用來浸漬的懸浮液固含量為 30%，但由于懸浮液固含量在 30%時，沉積比較快，不能有效對比出不同分散劑的防沉積效果。 2) 加入不同含量的聚丙烯酸銨研究其作為分散劑對懸浮液穩(wěn)定性的影響。由此可見在本文所討論的三種分散劑中， pH 對其穩(wěn)定性并不起決定作用，但為了能得到穩(wěn)定性較好的懸浮液以及方便起見，在本文中三種分散劑溶液 pH 皆調(diào)節(jié)至 10。即當聚丙烯酸銨添加量為 %時， S 達到最大值。 聚丙烯酸銨添加量 (%) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 圖 22 不同含量阿拉伯樹膠對懸浮液沉積情況的影響 Effects of different content of Arabia gum suspension deposition conditions 由此得出結(jié)論：氧化鋁陶瓷懸浮液以阿拉伯樹膠作為分散劑時，在阿拉伯樹膠含量在 0%~%的這一區(qū)間內(nèi)，阿拉伯樹膠的添加量為 %時懸浮液穩(wěn)定性達到最佳。繼續(xù)增加硅溶膠含量， S 開始出現(xiàn)緩慢的下降趨勢。將經(jīng)過處理的有機泡沫模板浸入氧化鋁懸浮液，反復(fù)擠壓，排出大部分空氣后取出，通過擠壓的方式排出多余的懸浮液，經(jīng)干燥進而獲得氧化鋁多孔陶 瓷坯體。根據(jù)是否有粉體脫落，初步判斷陶瓷的燒結(jié)程度，無粉體脫落，且具有一定硬度，則認為達到燒結(jié)要求。首先，分別向氧化鋁粉體中加入不同助燒體系（表 33），遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 經(jīng)過球磨、干燥、壓片成型，在 1200℃ 進行燒結(jié)，保溫時間為 2h，自然冷卻，然后將成品進行掃描電鏡微觀形貌觀察及 XRD 檢測實驗。 阿拉伯樹膠添加量 (%) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 23 不同含量硅溶膠對懸浮液沉積情況的影響 Fig. 23 The influence of different contents of silica sol on the suspension deposition 坯體的制備 有機泡沫模板 制作與預(yù)處理 根據(jù)第一章中有關(guān)有機泡沫模板的技術(shù)要求選擇合適的有機泡沫模板，再根據(jù)有機泡沫的技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過計算和裁剪制備出不同形狀的有機泡沫體，放入濃度為 2mol/L 的 NaOH 溶液中，反復(fù)揉搓、擠壓，排除其中空氣后浸泡 12h 后取出，烘干，即完成了有機泡沫模板的預(yù)處理。由圖中可以看出當硅溶膠的添加量在 0%~4%之間時，隨著阿拉伯樹膠的添加量不斷增加， S 呈現(xiàn)較快的上升趨勢，達到 4%時趨于平緩。 圖 21 不同含量聚丙烯酸銨對懸浮液沉積情況的影響 Effect of ammonium different content of ammonium polyacrylate on the deposition of suspensions 2） 在有機泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷工藝中加入不同含量阿拉伯樹膠作為分散劑，對懸浮液穩(wěn)定性的影響如圖 22 所示。在實驗中，懸浮液穩(wěn)定性平衡度表征量 S 表示為： 3212 VVV VS ??? （ 22） 測試結(jié)果分析 利用沉降法分別對加入三種不同分散劑的懸浮液測試穩(wěn)定性，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并分析如下： 1） 在有機泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷工藝中加入不同含量聚丙烯酸銨作為分散劑，對懸浮液穩(wěn)定性的影響如圖 21 所示。 表 25 分散劑的添加量 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 Amount of dispersant 分散劑 占 Al2O3 質(zhì)量分數(shù)（ %） 阿拉伯樹膠 0 聚丙烯酸銨 0 硅溶膠 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 pH 調(diào)節(jié) 在有機泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷工藝中，分散劑與一定量去離子水混合而成的溶液的 pH 一般對于其懸浮液穩(wěn)定性會有一定的影響。 分散劑的選擇 以氧化鋁超細粉體在水中形成的懸浮液為對象，研究分散劑對懸浮液穩(wěn)定性的影響，分散劑的添加范圍如表 23。3 75~80 103 95 實驗設(shè)備 用到的主要設(shè)備有超聲波清洗器、電熱恒溫鼓風干燥箱，主要參數(shù)如下表： 表 24 部分設(shè)備參數(shù)表 Partial equipment parameter list 名稱 型號 產(chǎn)地 超聲波清洗器 CQF— 50 上海 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG— 9076A 上海 懸浮液的制備 先將一定量去離子水與分散劑 (分散劑的質(zhì)量依氧化鋁粉體的質(zhì)量百分比計算 )混合，采用用鹽酸和氨水單向調(diào)節(jié) pH 值 為 10 后，用電子天平秤 (誤差 177。作者綜合了前人有機泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷和低溫燒結(jié)陶瓷技術(shù)的相關(guān)研究，并自主設(shè)計相 關(guān)實驗，希望通過有機泡沫浸漬法制備出燒結(jié)溫度較低，且氣孔率較大的多孔陶瓷，為以后的多孔氧化鋁陶瓷制備，以及相關(guān)的低溫燒結(jié)工藝都起到了一定的指導(dǎo)作用。其次由于 普通 氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度要求不低于 1600℃ ，工藝條件極為苛刻，因此本文選擇不同助燒體系進行預(yù)實驗，向氧化鋁粉體中加入不同助燒劑后，進行壓片燒結(jié)，找出可 將 氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度 降低 至 1200℃ 的助燒體系 ，并在之后的實驗中使用 該 體系作為助燒劑。 此外，再對有機泡沫浸漬法進一步延伸，有機泡沫熱 解一化學(xué)氣相滲透法也逐漸進入人們的視線。目前國內(nèi)外利用有機泡沫制備多孔陶瓷的主要研究有： 王輝等 [50]詳細介紹了利用聚氨酯泡沫浸漬陶瓷漿料法制備多孔陶瓷的 研究遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 進展。 目前，關(guān)于這種玻璃 /陶瓷體系燒結(jié)行為方面的研究報道還比較少 ， 陳興宇等 [47]采用硼硅酸鹽玻璃與氧化鋁復(fù)合燒結(jié)低溫共燒陶瓷基板材料，研究了該復(fù)合材料的燒結(jié)行為，結(jié)果在 825~975℃ 下實現(xiàn)了該材料的低溫燒結(jié)，相對密度達到 %以上 。 燒結(jié)過程中形成低共熔體系 此類添加劑可以與其他成分物質(zhì)構(gòu)成二元三元或多元低共熔體系，當加熱到最低共熔溫度時開始出現(xiàn)液相，由于 共溶 溫度較加入助劑之前的理論燒結(jié)溫度低，從而實現(xiàn)了低溫燒結(jié)在氧化鋁陶瓷中常用的這類添加劑有 SiO CaO、 MgO、 SrO、BaO 等，在設(shè)計配方時可根據(jù)熱力學(xué)相圖來確定燒結(jié)助劑的數(shù)量和組成 。 Rao 等 [43]將 Al2O3 加入到 Al2O3中進行研究，發(fā)現(xiàn)在這種固溶體中存在肖特基和佛倫克爾反應(yīng)兩種擴散機制，因此可認為這類材料的燒結(jié)主要通過體積擴散進行 MnO2 與 TiO2 晶格結(jié)構(gòu)相同，晶格常數(shù)也相近，因此促進燒結(jié)的機理相同 。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 常用的低溫燒結(jié)復(fù)合助劑 在實際生產(chǎn)中，單一助劑往往不能同時滿足其燒結(jié)和機電性能的要求，一般情況下單一助劑在降低燒結(jié)溫度的同時會導(dǎo)致陶瓷性能的降低，因此，采用多種不同助劑組成的復(fù)合添加劑要比單獨使用其中一種助劑更為常見在選配復(fù)合助劑時一般要遵循以下原則 ： 1) 不同助劑之間應(yīng)具有協(xié)同促進燒結(jié)的作用，多種助劑復(fù)合添加與單一助劑相比可以更好的降低燒成溫度； 2) 不同助劑之間最好不發(fā)生反應(yīng)，否則會減弱或抵消其促燒作用； 3) 不同助劑之間可以起到相互補充的作用，一種助燒劑在促進燒結(jié)的同時對材料性能產(chǎn)生的不利影響可以由另一種助劑進行彌補，故一般根據(jù)燒結(jié)助劑的作用往往選擇將可以降低燒結(jié)溫度的助劑與可以改善燒結(jié)體顯微組織結(jié)構(gòu)和燒結(jié)性能的其他助劑搭配使用。 降低陶瓷燒結(jié)溫度的方法 由于 Al2O3的熔點高達 2050℃ ，氧化鋁陶瓷的燒結(jié)溫度也較高 。 2) 浸漬過程中有機泡沫不能恢復(fù) 具體表現(xiàn)為浸漬以后有機泡沫不能恢復(fù)原形，或者二次擠壓過程只排出了少量懸浮液。其方法有常壓吸附法、真空吸附法、機械滾壓法及手工揉搓法。這種粘度增加值的大小反映了分散程度、漿料組分的相互作用和分散劑分散效果等信息。沉降法極其簡單，并可以實現(xiàn)沉 降物體積和沉降速度的同步測定 [39~41]。 2) 沉降法 沉降法可以通過測定沉降體積和沉降速率來確定漿料的分散穩(wěn)定性。流變法表征了在有分散介質(zhì)存在的情況下顆粒之間相互作用的信息。 懸浮液穩(wěn)定性的表征 要控制漿料分散體系的穩(wěn)定性，對其穩(wěn)定性進行恰當?shù)脑u價是非常重要的。 4) 靜電一位阻機理 靜電位阻穩(wěn)定機制又叫聯(lián)合穩(wěn)定機制 ，是指 既具有靜電穩(wěn)定又具有空間位阻效應(yīng)的分散機制 [36]。 該理論認為聚合物以一定的濃度游離分散在顆粒周圍的懸浮液中，顆粒對聚合物產(chǎn)生負吸附，即顆粒表面層聚合物的濃度低 于 溶液的體相濃度，而導(dǎo)致顆粒表面形成一層空缺層。如果吸附太弱，聚合物在顆粒碰撞的過程中容易發(fā)生脫附；其次，聚合物層應(yīng)該完全覆蓋顆粒表面并且具有足 夠的厚度。同時重疊區(qū)中鏈段濃度的增加，吸附分子的構(gòu)型 熵 △ SM 減少，如圖 17 所示。因而吸附層被壓縮，反應(yīng)區(qū)內(nèi)聚合物鏈段的構(gòu)形 熵 減少。 有兩種機理用來解釋高分子化合物的穩(wěn)定作用?？臻g位阻穩(wěn)定作用又是會讓人誤認為被吸附的物質(zhì)如高分子化合物僅僅是簡單地填充了顆粒間周圍的空隙或者在顆粒相互接近時起到立體屏障的作用。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 高分子化合物通過庫侖作用、偶極一偶極作用、氫鍵及范德華力作用吸附到膠體的表面上，同時也和溶液發(fā)生相互作用，達到平衡。 2) 懸浮體的空間位阻穩(wěn)定機理 空間位阻機理是在顆粒周圍建立一個物質(zhì)屏蔽防止顆粒相互靠近，使它們不能靠近到有強大吸引力的范圍。 圖 17為靜電作用勢能與范德華力作用勢能疊加圖。當顆粒之間的吸引力占主導(dǎo)地位時，膠體就發(fā)生聚沉；當靜電排斥力占主導(dǎo)地位且能阻止顆粒因熱運動碰撞而聚沉時，膠體就處于穩(wěn)定狀態(tài)。當濃度大于臨界濃度時，就發(fā)生團聚。 雙電層間相互作用勢能 ， 近似的表示如下： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 )e x p (2εψ 2 klVD ?? （ 12） 式中， ε 為溶液的介電常數(shù)； ψ 為粒子的表面電位； k 為雙電層的擴展程度 ， 這樣兩微粒間總的相互作用能 E 為 lrAklVVEDV ?????? 12)e xp(2ε rψ2 （ 13） 式中， E、 VV、 VD 與粒子間距離 l 的關(guān)系如圖 17。聚集穩(wěn)定的體系，可以在相當長的時間內(nèi)保持其良好的分散狀態(tài)。超細顆粒很小，在介質(zhì)中有著強烈的布朗運動能力，因此能克服重力作用引起的沉降。但是，它可以通過加入一定量適當濃度的電解質(zhì)、高聚物和聚合物電解質(zhì)使其處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于不同的粉料體系，分散劑的效果一般不同。懸浮液的流動性能保證漿料在浸漬過程中滲透到有機泡沫體中，并均勻地涂覆在泡沫網(wǎng)絡(luò)的孔壁上。穩(wěn)定性 高 的懸浮液對保證制品的性能起關(guān)鍵作用 ，且 利于 坯體的 成型。 將選好的有機泡沫裁剪成規(guī)格形狀，浸泡在濃度為 2mol/L 的 NaOH 溶液中，反復(fù)揉搓 2min，常溫浸泡 12h，用清水沖洗干凈，晾干，完成對有機泡沫的 預(yù)處理 。 有機泡沫浸漬法制備氧化鋁陶瓷工藝要點 有機泡沫的選擇和預(yù)處理 有機泡沫的孔徑大小 以及 漿料在其上的涂覆厚度決定了最后制品的孔徑尺陶瓷粉末 部分燒結(jié) 注模 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 寸。 Sung[17]