【正文】 非常均勻的網(wǎng)眼多孔陶瓷。 此外，再對(duì)有機(jī)泡沫浸漬法進(jìn)一步延伸，有機(jī)泡沫熱 解一化學(xué)氣相滲透法也逐漸進(jìn)入人們的視線。 Ohzawa 等 [54]以 SiCl4CH4H2 為氣源，采用脈沖化學(xué)氣相滲入法在有機(jī)泡沫熱解得到的多孔碳的孔隙表面形成 SiC 涂層，制成了孔徑為 l0?m、彎曲強(qiáng)度為 20~33MPa 的多孔 C/SiC 復(fù)合材料。作為一種新興的制備工藝，有機(jī)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(jī)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(jìn)方面的發(fā)展不可限量。 本文的研究?jī)?nèi)容和意義 本文主要的研究方向有兩個(gè)，首先由于懸浮液是多孔陶瓷 的主要框架材料，懸浮液的穩(wěn)定性是有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷工藝的一個(gè)關(guān)鍵因素，所以本文第一部分研究加入不同分散劑（阿拉伯樹膠、聚丙烯酸銨、硅溶膠）對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響，并得出相對(duì)于固含量為 5%的懸浮液 ， 穩(wěn)定性最佳 的分散劑種類和含量 。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(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，向氧化鋁粉體中加入不同助燒劑后，進(jìn)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(shí)驗(yàn)中使用 該 體系作為助燒劑。最后選用合適的有機(jī)泡沫，經(jīng)過預(yù)處理后在 30%固含量的懸浮液中進(jìn)行浸漬、干燥、燒結(jié)，并得到氣孔率 可測(cè) 的多孔氧化鋁陶瓷。 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(yán)重阻礙了多孔氧化鋁陶瓷走向大眾化和市場(chǎng)化。有機(jī)泡沫浸漬法是制備多孔氧化鋁陶瓷最常見方法，因此如何在利用有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷的同時(shí)，降低陶瓷的燒結(jié)溫度就成為了一個(gè)關(guān)于多孔氧化鋁遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 陶瓷重要課題。作者綜合了前人有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷和低溫?zé)Y(jié)陶瓷技術(shù)的相關(guān)研究，并自主設(shè)計(jì)相 關(guān)實(shí)驗(yàn)，希望通過有機(jī)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?zé)Y(jié)工藝都起到了一定的指導(dǎo)作用。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 2 坯體制備工藝 實(shí)驗(yàn)原料 及設(shè)備 實(shí)驗(yàn)原料 坯體制備過程中主要用到的原料有超細(xì)氧化鋁粉體、聚丙烯酸銨、阿拉伯樹膠、硅溶膠部分參數(shù)如表 21，硅溶膠部分參數(shù)如表 22，聚氨酯泡沫作為模板部分參數(shù)如表 23 表 21 部分試劑參數(shù)表 Partial reagent parameters 試劑 純度 含量 廠家 αAl2O3 分析純 ≥ % 中國(guó)鋁業(yè)山東分公司 聚丙烯酸銨 分析純 ≥ % 天津市福晨化學(xué)試劑廠 阿拉伯樹膠 分析純 ≥ % 沈陽新云試劑廠 表 22 硅溶膠技術(shù)參數(shù) Technical parameters sol SiO2 質(zhì)量百分比 (%) Na2O 質(zhì)量百分比 (%) PH 2526 ≤ 表 23 不同規(guī)格聚氨酯泡沫技術(shù)參數(shù) Technical parameters of different specifications polyurethane foam 聚氨酯泡沫 密度 硬度 25%壓陷硬度 氣孔率 (%) PU1 25177。3 65~70 115 75 PU2 25177。3 70~75 89 80 PU3 25177。3 75~80 103 95 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 用到的主要設(shè)備有超聲波清洗器、電熱恒溫鼓風(fēng)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(hào) 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(jì)（論文） 22 電熱恒溫鼓風(fēng)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(jì)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。)取一定量的溶液，將超細(xì)氧化鋁粉體倒入，采用超聲波和機(jī)械攪拌，待溶液穩(wěn)定后可得氧化鋁懸浮液。 懸浮液固含量的計(jì)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(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)，沉積比較快，不能有效對(duì)比出不同分散劑的防沉積效果。因此在懸浮液穩(wěn)定性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中選用固含量為 5%的懸浮液進(jìn)行測(cè)試，力求能夠明顯區(qū)分出三種分散劑的分散效果。 分散劑的選擇 以氧化鋁超細(xì)粉體在水中形成的懸浮液為對(duì)象，研究分散劑對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響，分散劑的添加范圍如表 23。 本文通過沉降實(shí)驗(yàn)、 粘度測(cè)試對(duì)氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性進(jìn)行研究，具體過程如下： 1) 加入不同含量的阿拉伯樹膠研究其作為分散劑對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響。 2) 加入不同含量的聚丙烯酸銨研究其作為分散劑對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響。 3) 加入不同含量的硅溶膠研究其作為分散劑對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響。 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(jì)（論文） 23 Amount of dispersant 分散劑 占 Al2O3 質(zhì)量分?jǐn)?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(jī)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(duì)于其懸浮液穩(wěn)定性會(huì)有一定的影響。在本文中選用的分散劑是 聚丙烯酸銨 、阿拉伯樹膠和硅溶膠，其中 聚丙烯酸銨 和硅溶膠分別與一定量去離子水混合而成的溶液 pH 為 910 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的氧化鋁懸浮液穩(wěn)定性都是相對(duì)最高的，而阿拉伯樹膠與一定量去離子水的混合溶液 pH，則對(duì)氧化鋁懸浮液的穩(wěn)定性無影響。由此可見在本文所討論的三種分散劑中， pH 對(duì)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。 沉降法測(cè)試懸浮液穩(wěn)定性 分別將配置完成的懸浮液置于 20ml 的量筒中，記錄初始體積 V0，常溫靜置12 小時(shí)，分別觀察計(jì)算上清液體積 V懸浮液體積 V沉淀體積 V3 并做記錄。在實(shí)驗(yàn)中，懸浮液穩(wěn)定性平衡度表征量 S 表示為： 3212 VVV VS ??? （ 22） 測(cè)試結(jié)果分析 利用沉降法分別對(duì)加入三種不同分散劑的懸浮液測(cè)試穩(wěn)定性，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，并分析如下： 1） 在有機(jī)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(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響如圖 21 所示。由圖中可以看出當(dāng)聚丙烯酸銨的添加量在 0%~%時(shí)， S 提升速度非?？?，這說 明加入少量分散劑時(shí)，聚丙烯酸銨的分散效果特別明顯；當(dāng)添加量在 %~%之間時(shí)，隨著聚丙烯酸銨的添加量不斷增加， S 繼續(xù)提升，但是升高速度有所下降；當(dāng)聚丙烯酸銨的添加量遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 在 %~%之間時(shí)，隨著聚丙烯酸銨的添加量不斷增加， S 呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，尤其是在 %之后，下降程度較大。即當(dāng)聚丙烯酸銨添加量為 %時(shí)， S 達(dá)到最大值。 由此得出結(jié)論：氧化鋁陶瓷懸浮液以聚丙烯酸銨作為分散劑時(shí)，在聚丙烯酸銨含量在 0%~%的這一區(qū)間內(nèi)，添加量為 %時(shí)懸浮液穩(wěn)定性達(dá)到最佳。 圖 21 不同含量聚丙烯酸銨對(duì)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(jī)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(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響如圖 22 所示。由圖中可以看出當(dāng)阿拉伯樹膠的添加量在 0%~%時(shí)， S 變化較?。?%~%之間時(shí)，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(shì)； %~%時(shí)，雖然依舊處于上升趨勢(shì)，但速度較慢； %時(shí)， S 達(dá)到相對(duì)最大值； %~%之間時(shí)，隨著阿拉伯樹膠的添加量不斷增加， S 呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，下降過程較為平緩； %~%則又開始出現(xiàn)上升趨勢(shì)，但由于添加量為 %時(shí)就已經(jīng)有比較滿意的穩(wěn)定結(jié)果，因此本文不對(duì)之后的添加量高于 %的懸浮液做相關(guān)研究。 聚丙烯酸銨添加量 (%) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 圖 22 不同含量阿拉伯樹膠對(duì)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(shí)，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(shí)懸浮液穩(wěn)定性達(dá)到最佳。 3） 在有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔氧化鋁陶瓷工藝中加入不同含量硅溶膠作為分散劑，對(duì)懸浮液穩(wěn)定性的影響如圖 23 所示。由圖中可以看出當(dāng)硅溶膠的添加量在 0%~4%之間時(shí)，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(shì)，達(dá)到 4%時(shí)趨于平緩。繼續(xù)增加硅溶膠含量， S 穩(wěn)定上升，當(dāng)添加量達(dá)到 14%時(shí)懸浮液穩(wěn)定性達(dá)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(shì)。 由此得出結(jié)論：氧化鋁陶瓷懸浮液以硅溶膠作為分散劑時(shí)，在硅溶膠含量在0%~20%的這一區(qū)間內(nèi)，硅溶膠的添加量為 14%時(shí)懸浮液穩(wěn)定性達(dá)到最佳。 阿拉伯樹膠添加量 (%) 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 23 不同含量硅溶膠對(duì)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(jī)泡沫模板 制作與預(yù)處理 根據(jù)第一章中有關(guān)有機(jī)泡沫模板的技術(shù)要求選擇合適的有機(jī)泡沫模板，再根據(jù)有機(jī)泡沫的技術(shù)參數(shù)，經(jīng)過計(jì)算和裁剪制備出不同形狀的有機(jī)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(jī)泡沫模板的預(yù)處理。 掛漿與干燥 根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適固含量的懸浮液，采用有機(jī)泡沫模板浸潰懸浮液制備氧化鋁多孔陶瓷。將經(jīng)過處理的有機(jī)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(jìn)而獲得氧化鋁多孔陶 瓷坯體。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 3 氧化鋁陶瓷低溫?zé)Y(jié)工藝研究 實(shí)驗(yàn)材料 αAl2O3 詳細(xì)參數(shù)見表 21 SiO TiO CuO、 ZnO 參數(shù)見表 31 表 31 部分試劑參數(shù)表 partial reagent parameters 試劑 純度 含量 廠家 CuO 分析純 ≥ % 天津市大茂化學(xué)試劑廠 SiO 分析純 ≥ % 天津市福晨化學(xué)試劑廠 TiO2 分析純 ≥ % 沈陽新云試劑廠 ZnO 分析純 ≥ % 國(guó)藥 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 超聲波清洗器、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱參數(shù)見表 22 萬能試驗(yàn)機(jī)、行星式球磨機(jī)、高溫爐、數(shù)顯恒溫水浴鍋、 X 射線 衍射 儀、掃描電子顯微鏡參數(shù)見 表 32 表 32 部分設(shè)備參數(shù)表 Device Parameters 名稱 型號(hào) 產(chǎn)地 萬能試驗(yàn)機(jī) WE30 長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠 行星式球磨機(jī) QM3SP2J 南京大學(xué)儀器廠 高溫爐 SRJX813 沈陽市電爐廠 數(shù)顯恒溫水浴鍋 HH2 江蘇金壇 X 射線 衍射 儀 XRD6100 日本島津 掃描電子顯微鏡 SSX550 日本島津 不同助燒體系對(duì)氧化鋁陶瓷燒結(jié)的影響 由于氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度過高，燒結(jié)條件較為苛刻，所以作者希望可以找到一種可以降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)溫度至 1200℃ 的燒結(jié)體系，來進(jìn)行下一步的多孔氧化鋁陶瓷的燒結(jié)工作。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(jì)（論文） 28 經(jīng)過球磨、干燥、壓片成型，在 1200℃ 進(jìn)行燒結(jié)，保溫時(shí)間為 2h，自然冷卻，然后將成品進(jìn)行掃描電鏡微觀形貌觀察及 XRD 檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。最后將樣品放入水中，水浴加熱 90℃ 保持 30min，觀察是否有粉體脫落。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(rèn)為達(dá)到燒結(jié)要求。 表 33 不同助燒體系各組分一覽表 list the ingredients to help burn different systems 助燒體系 與 Al2O3