热发泡法制备氧化铝泡沫陶瓷的结构与性能

摘要

热发泡法提供了一种工艺简单和环境友好的泡沫陶瓷制备方法，并且所制备的泡沫陶瓷结构均匀，孔筋致密。首先分别研究了一水葡萄糖基、无水葡萄糖基和蔗糖基氧化铝泡沫陶瓷的制各及性能;随后在无水葡萄糖基氧化铝泡沫陶瓷制备的基础上，研究了发泡温度、烧成温度、氧化铝微粉粒度及硅微粉加入量对氧化铝泡沫陶瓷制备和性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴热发泡法合成的氧化铝泡沫陶瓷的气孔率高达91.9～94.3％，烧后的氧化铝泡沫陶瓷是气泡-窗口(Cell-window)型的结构;糖熔液为牛顿流体，氧化铝微粉分散在糖熔液中的分散液为宾汉姆流体，分散液出现剪切稀化的现象，并且随着分散相氧化铝微粉含量的增加，分散液的粘度增加，剪切稀化现象加强;α-Al2O3微粉可能促进了葡萄糖聚合物和蔗糖聚合物的脱水和氧化。⑵随着氧化铝与分散介质的质量比增加，分散液的发泡高度先降低后升高，大孔孔径和孔筋厚度增大，耐压强度先增大后减小。当氧化铝与无水葡萄糖质量比为1.2时，试样的耐压强度最大，为1.46 MPa，此时表观密度为0.287 g/cm3。由分散相浓度的增加造成分散液粘度的增加容易稳定大的气泡，由分散介质本身较高粘度造成分散液粘度的增加容易稳定小的气泡。⑶随着发泡温度的提高，分散液的发泡高度升高，试样的总气孔率增大，表观密度和耐压强度减小。发泡温度高不利于气泡稳定并且使得窗口数量明显增多;随着烧成温度从1450℃升高至1600℃，试样的表观密度从0.19 g/cm3增大至0.287g/cm3，烧后线收缩从16.5％增加至24.5％，耐压强度从0.36 MPa增加至1.46 MPa;随着氧化铝微粉粒度的增加，试样的表观密度从0.111g/cm3增加到0.277g/cm3，总气孔率从97.2％降低到93.1％，烧后线收缩从19.3％降低到14.3％。⑷硅微粉的引入改变了分散液的流变性能，使得分散液粘度增加，有利于分散液发泡过程中气泡的稳定。随着硅微粉加入量从0增加到8wt％，试样的表观密度由0.267g/cm3降低到0.206g/cm3，烧后线收缩率由19.7％降低到17.8％，耐压强度由1.65MPa降低到0.96MPa。硅微粉的引入使得泡沫陶瓷的球形大孔从双峰型向单峰型转变，并且使泡沫陶瓷内球形大孔孔壁上的圆形开孔的数量明显变少。

目录

声明

摘要

第1章 文献综述

1．1 泡沫陶瓷的概述

1．2 泡沫陶瓷的制备方法

1．2．1 有机泡沫浸渍法

1．2．2 发泡法

1．2．3 添加造孔剂法

1．2．4 凝胶注模工艺

1．2．5 泡沫注凝法

1．2．6 冷冻干燥法

1．3 泡沫陶瓷的应用领域

1．3．1 保温材料

1．3．2 过滤器

1．3．3 催化剂载体

1．3．4 吸声材料

1．3．5 生物材料

1．4 课题提出及研究内容

1．4．1 课题提出

1．4．2 研究内容

第2章 实验与研究方法

2．1 实验原料及设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备

2．2 实验方法

2．3 测试与表征

2．3．1 密度及气孔率

2．3．2 流变性能测试

2．3．3 发泡高度的测量

2．3．6 线收缩率的测量

2．3．7 耐压强度的测量

2．3．8 显微结构分析

第3章 分散体系的设计与选择

3．1 一水葡萄糖基氧化铝泡沫陶瓷的制备

3．1．1 生坯的TG-DSC曲线

3．1．2 分散液的流变性能和发泡性能

3．1．3 泡沫陶瓷的显微结构

3．1．4 泡沫陶瓷的力学性能

3．2 无水葡萄糖基氧化铝泡沫陶瓷的制备

3．2．1 分散液的流变性能和发泡性能

3．2．2 泡沫陶瓷的显微结构

3．2．3 泡沫陶瓷的力学性能

3．3 蔗糖基氧化铝泡沫陶瓷的制备

3．3．1 生坯的TG-DSC曲线

3．3．2 分散液的流变性能和发泡性能

3．3．3 泡沫陶瓷的显微结构

3．3．4 泡沫陶瓷的力学性能

3．4 一水葡萄糖、无水葡萄糖、蔗糖基氧化铝泡沫陶瓷孔结构比较

3．5 本章小结

第4章 无水葡萄糖基氧化铝泡沫陶瓷

4．1 发泡温度对氧化铝泡沫陶瓷制备和性能的影响

4．1．1 分散液的流变性能和发泡性能

4．1．2 泡沫陶瓷的物理性能

4．1．3 泡沫陶瓷的显微结构

4．2 烧成温度对氧化铝泡沫陶瓷显微结构和性能的影响

4．2．1 泡沫陶瓷的物理性能

4．2．2 泡沫陶瓷的显微结构

4．3 氧化铝微粉粒度对氧化铝泡沫陶瓷制备和性能的影响

4．3．1 泡沫陶瓷的物理性能

4．3．2 泡沫陶瓷的显微结构

4．4 硅微粉加入量对氧化铝泡沫陶瓷制备和性能的影响

4．4．1 分散液的流变性能

4．4．2 物相分析

4．4．3 泡沫陶瓷的物理性能

4．4．4 泡沫陶瓷的显微结构

4．5 本章小结

第5章 总结论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间取得的科研成果