孔隙結構是影響多孔氧化鋁陶瓷材料應用的主要因素之一,其結構形成主要取決于制備的工藝與技術,其中以成型方法最為關鍵。
溶膠-凝膠法
溶膠-凝膠法是以含有高化學活性組分的化合物為前驅體,在液相下將原料充分混合均勻后使其水解、縮合以形成穩定的透明溶膠,溶膠體經緩慢聚合形成三維空間結構的凝膠體。凝膠經干燥、燒結固化處理制備出分子甚至納米結構的材料,再根據多孔陶瓷材料所需的性能需求,將前軀體進行水解、溶膠、凝膠、老化和干燥,最后通過熱處理工藝使材料成型。
冷凍-干燥法
冷凍-干燥法是在控制冰生長方向的同時完成水基陶瓷漿料的凍結,然后在低壓下干燥使冰升華得到多孔陶瓷材料。該法收縮率小、燒結過程容易控制、孔密度范圍大、環境適應性強,具有較高的機械強度。
擠出成型工藝
將制備好的泥條通過蜂窩網格結構的模具擠出成型,經高溫燒結處理后即可得到蜂窩陶瓷。該工藝可根據實際需要對多孔陶瓷體的孔形狀以及孔徑大小進行精確設計,但不能制備復雜孔道結構和小尺寸孔洞的多孔材料,且對從模具中擠出的坯料塑性有較高要求。
凝膠注模工藝
凝膠注模技術采用的是非多孔結構模具,將配好的漿料注入模具后,利用漿料內部或少量添加劑的原位化學反應使陶瓷漿料原位凝固形成坯體,以獲得具有良好微觀均勻性和較高密度的坯體,從而提高制品的機械強度和力學性能。凝膠注模工藝漿料中固體含量高,制品顯微結構均勻,且工藝簡單、成本低,適合大批量生產。
添加造孔劑工藝
添加造孔劑工藝是在陶瓷坯料中添加占據一定空間的造孔劑,經高溫燒結后,造孔劑離開陶瓷基體,留下孔洞,從而形成多孔結構陶瓷。該工藝可通過改變造孔劑種類、顆粒形狀、粒徑以及制備工藝來精確設計制品的孔洞大小、孔道結構及分布,但難以獲得高氣孔率制品。
顆粒堆積成孔工藝
顆粒堆積成孔工藝是依靠粗顆粒之間的堆積和顆粒結合部形成微孔結構,粗顆粒可靠細粒熔化粘合,也可加入易熔的粘結劑使粗細顆粒結合。該工藝可控制孔洞結構,制品的孔隙率一般為20%~30%,若在坯料中加入碳粉、木屑、石墨、淀粉、塑料等造孔劑,高溫下使其揮發或燃盡可將整體孔隙率提高至75%左右。
目前,許多國外企業已經開始利用多孔陶瓷過濾器凈化水。多孔氧化鋁陶瓷有著較好的機械強度,重量輕且耐腐蝕,用作過濾污水的過濾器時可有效去除水中的微米顆粒及雜質,其除污能力強,能夠起到良好的凈化效果,可以重復利用,因此前景可觀。
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