水基料浆冷冻浇注成型多孔陶瓷孔结构研究

对水基料浆冷冻浇注成型多孔陶瓷中孔隙结构特征进行了探讨。研究发现:采用水基料浆冷冻浇注成型的多孔陶瓷孔隙为薄片状或层状,这构成了冷冻浇注成型多孔陶瓷的基本形貌特征。较快的冷冻速率可以减小冷冻浇注成型多孔陶瓷的孔径尺寸。料浆中粉体颗粒特别是微小颗粒的存在会对结冰形貌产生影响,颗粒粒径减小会导致冰晶尺寸减小,相应的孔径变小;但尺寸在几十纳米的微小颗粒会促进冰晶生长,导致孔径变大。

莰烯基冷冻浇注成型法制备Al_2O_3多孔陶瓷

采用莰烯基冷冻浇注成型工艺制备了氧化铝定向贯通直孔结构的多孔陶瓷。借助DNJ-1型旋转式粘度计、扫描电子显微镜、显气孔率容重测试仪等表征方法,研究了固含量对料浆粘度的影响、坯体升华干燥行为随时间变化的影响、固含量与孔隙率的关系以及氧化铝多孔陶瓷孔的方向和断面显微结构。结果表明：在固含量为10~50vol%范围内的料浆,经冷冻干燥,在1650℃下烧成,制备出了平均孔径在10~50μm、气孔率在14%~78%、固含量为10vol%时,抗压强度高达15.6 MPa的氧化铝定向贯通直孔结构的多孔陶瓷,并且固含量与孔隙率呈线性关系。

冷冻浇注成型多孔陶瓷的研究进展

冷冻浇注成型是近年来发展起来的制备具有定向直孔结构多孔陶瓷的成型工艺,该工艺制备的多孔陶瓷具有高孔隙率、孔的方向和尺寸可控等特点。本文简单介绍了多孔陶瓷材料的几种传统制备方法及其特点,重点对冷冻浇注成型工艺以及在国内外的最新研究进展进行了详细的综述,并对未来研究方向进行了展望。

冷冻浇注制备多孔陶瓷的研究进展

冷冻浇注制备多孔陶瓷具有绿色经济、孔结构可控以及材料性能优良等优点,近年来受到国内外学者的广泛关注。本文在简单介绍冷冻浇注工艺原理的基础上,阐述了冷冻浇注工艺过程中孔结构的形成机理与条件,详细讨论了液相介质与冷冻条件对孔结构的影响,总结了冷冻浇注制备多孔陶瓷的材料体系以及典型工艺条件,最后指出冷冻浇注未来的研究方向是孔结构的有效控制及新型功能化多孔陶瓷的制备。

莰烯基冷冻浇注成型法制备定向通孔氧化铝陶瓷

由莰烯、氧化铝、Texaphor 963组成的陶瓷料浆,在温度梯度的诱导下,用冷冻浇注成型法制备了氧化铝陶瓷坯体,经干燥、烧结后,制备出了高孔隙率、高强度的定向通孔氧化铝陶瓷。通过扫描电镜观察其孔结构,并对其孔隙率、抗压强度和收缩率进行分析测试。结果表明:料浆的固体含量和烧结温度显著影响试样的气孔率、抗压强度和收缩率;冷冻温度和烧结温度对最终的孔径分布和微观结构有较大影响。采用莰烯基冷冻浇注成型法可以制备定向通孔陶瓷材料,通过调整工艺参数来控制多孔陶瓷孔隙结构和性能,以满足不同需求。

冷冻浇注法制备多孔氧化锆陶瓷的孔隙率调控及抗压强度

采用冷冻浇注法,通过调控固相含量和黏结剂浓度,制备孔隙率范围在35.3%~75.0%的多孔氧化锆陶瓷。采用旋转流变仪、扫描电子显微镜(SEM)和万能力学性能测试机表征悬浮液的黏度、多孔氧化锆的微观形貌及抗压强度,研究固相含量和黏结剂浓度的变化对多孔氧化锆孔隙率及抗压强度的影响规律。结果表明,固相含量从10%增加至32%(体积分数),多孔试样的孔隙率从75.0%降低至35.3%;黏结剂浓度从1%提高至8%(质量分数),试样的烧结收缩率从25.0%提高至33.4%,孔隙率从75.0%降低至62.7%。抗压测试显示,孔隙率的降低使平均抗压强度由4.5 MPa提升至270.1 MPa,断裂模式从渐进性的屈曲断裂转变为灾难性的脆性断裂。对试样力学性能的分析表明,陶瓷壁之间桥结构的增多利于多孔氧化锆抗压强度的提高。

冷冻浇注法制备具有网络结构的短纤维陶瓷

采用冷冻浇注法制备具有网络结构的短纤维陶瓷。将均匀分散的莫来石纤维混合浆料在-50℃下冷冻,在-50℃,10 MPa的条件下待冰晶升华干燥完全后,于1500℃下烧结3 h即可到所需产品。研究发现纤维含量和硅溶胶含量对样品的体积密度以及强度有显著的影响。结果表明:与抽滤法相比,冷冻浇注法更有利于获得均匀的三维结构;控制硅溶胶含量在5%(质量分数),纤维含量为2vol%可制得密度为0.31 g/cm-3,抗压强度为1.30 MPa的多孔网络结构陶瓷。

基于定向多孔SiC的浸渍-裂解法制备SiC陶瓷材料的结构与性能

以冷冻浇注成形法制备定向多孔碳化硅做支架,然后采用含乙烯基液态聚碳硅烷为浸渍液,对多孔支架进行循环浸渍-裂解,得到碳化硅陶瓷材料。研究浸渍-裂解循环次数对SiC材料的密度、孔隙率、显微形貌与抗弯强度的影响。结果表明,冷冻浇注成形的多孔SiC支架为定向多孔的树枝状结构,支架的密度、孔隙率和抗弯强度分别为0.45 g/cm^3,87.7%和8.53 MPa。最终碳化硅陶瓷材料的密度为2.08 g/cm^3,孔隙率为5.9%,抗弯强度为157.43 MPa。采用该方法可制备密度较低、性能良好的碳化硅陶瓷材料。

还原石墨烯改性二氧化钛/壳聚糖多孔复合材料的光催化性能

采用冷冻浇注法制备TiO_2/壳聚糖多孔复合材料,研究二氧化钛含量对该复合材料的微观结构、抗压强度及光催化性能的影响。结果表明:TiO_2/壳聚糖多孔复合材料具有明显的长程有序结构,片层状排列的平行度良好。随TiO_2含量(质量分数,下同)从66.7%增加到88.8%,片层中的孔间距从50~45μm逐渐减小到5~10μm,片层厚度从2~3μm增加到20~25μm,多孔片层的致密度增大,复合材料的抗压强度也从0.05 MPa提高到0.12 MPa。当壳聚糖含量为13.3%、二氧化钛含量为85.7%、还原石墨烯含量为1%时,通过添加还原石墨烯对二氧化钛进行改性,所得的TiO_2/壳聚糖多孔复合材料在300 min时对甲基橙的光降解率由92.4%提高到97.0%。

纤维长径比对纤维多孔材料性能的影响

以氧化铝短切纤维为基体,分别经20目、40目、60目筛超洗,以聚丙烯酰胺为分散剂、硅溶胶为粘结剂、叔丁醇/水二元混合溶液为料浆液相溶剂,采用冷冻浇注工艺制备氧化铝纤维多孔陶瓷。在1500℃对样品进行烧结,测试烧结后样品的压缩强度;用扫描电镜观察样品表面形貌,研究纤维长径比对材料力学性能和隔热性能的影响。结果表明,随过筛目数增大,氧化铝多孔纤维材料密度减小,孔隙率增加,抗压强度下降。纤维过40目筛样品抗压强度略低于过20目筛样品,过60目筛样品的抗压强度最差。在隔热性能测试中,纤维过40目筛样品冷面温度略低于过60目筛样品,过20目筛样品的隔热性能最差。过40目筛纤维长径比为20~35,其所制备样品的隔热性能和力学性能俱佳。

Microstructures and properties of porous TiAl-based intermetallics prepared by freeze-casting

Preparation of porous Ti Al-based intermetallics with aligned and elongated pores by freeze-casting was investigated. Engineering Ti-43 Al-9V-1Y powder(D50=50 μm), carboxymethyl cellulose, and guar gum were used to prepare the aqueous-based slurries for freeze-casting. Results showed that the porous Ti Al was obtained by using a freezing temperature of -5 ℃ and the pore structure was tailored by varying the particle content of slurry. The total porosity reduced from 81% to 62% and the aligned pore width dropped from approximately 500 to around 270 μm, with increasing the particle content from 10 to 30 vol.%. Furthermore, the compressive strength along the aligned pores increased from 16 to 120 MPa with the reduction of porosity. The effective thermal conductivities of porous Ti Al were lower than 1.81 W/(m·K) and showed anisotropic property with respect to the pore orientation.