多孔陶瓷制备与导热性能研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

多孔陶瓷是一种含有较多气孔的无机非金属材料,并且是利用材料中气孔的结构和表面积，结合材料本身的材质,来达到所需要的热、电、磁、光等物理及化学性能,从而可用作隔热、换热、过滤、分离载体、反应及生物等用途的材料[1]。多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功[2]。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域[3－6]。在多孔陶瓷的内部分布着大量的气孔，由于空气的导热系数远低于一般的固体物质，多孔陶瓷具有的多孔结构尤其是内部封闭的孔洞，可以大大降低材料的导热系数,而且陶瓷本身的材质能够承受高温，因此这类多孔陶瓷可用作具有优良隔热性能的绝热材料[6－10]。

目前，国内外对于多孔陶瓷的制备，在造孔剂的选择方面主要有乙基纤维素、炭黑和自制的ps微球(聚苯乙烯微球)、pmma微球(聚甲基丙稀酸甲酯微球)、粉煤灰、碱式碳酸镁、碳酸钙及硅粉、尿素等。研究表明[11－15]，造孔剂的种类、含量以及烧成制度，对al2o3多孔陶瓷的气孔率及热膨胀系数有较大影响。以烧结温度为1580℃,造孔剂含量20%以及球磨时间为2.5h的条件下,可获得高显气孔率的al2o3多孔陶瓷。当烧结温度在1100～1350℃时，热膨胀系数有较大幅度下降。用ps微球与pmma微球为造孔剂对多孔陶瓷的影响相近,炭黑对多孔陶瓷的各方面影响最大，而以炭黑为造孔剂的多孔陶瓷比以ps微球与pmma微球为造孔剂的气孔率的稳定性差且不易控制。利用常压烧结法制备的氮化硅多孔陶瓷，其显气孔率随着碳粉或尿素含量的增加而增大,且碳粉的造孔作用优于尿素。

根据使用目的和对材料性能的要求不同，近年逐渐开发出许多不同的制备技术，文献调研结果表明，目前学术界研究比较活跃且应用比较成功的陶瓷材料制备工艺包括传统制备工艺和新制备工艺，其中前者包括添加造孔剂工艺、颗粒堆积成型工艺、发泡工艺、有机泡沫浸渍工艺等，后者包括孔梯度制备方法和离子交换法等新制备工艺。其中添加造孔剂法是在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在配体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而形成气孔来制备多孔陶瓷。虽然在普通的陶瓷工艺中，采用调整烧结温度的和时间的方法，可以控制烧结制品的气孔率和强度，但是对于多孔陶瓷烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失，烧结温度太低，则制品的强度低，无法兼顾气孔率和强度，而采用添加造孔剂法则可以避免这种缺点，使烧结制品既具有高的气孔率，又具有好的强度。

造孔剂法还有一个显著的优点[16－17]是工艺简单，周期较短，并且适合大批量生产，因此目前除了需要获得较高性能而使用其他方法外，添加造孔剂法是最好的选择。添加造孔剂工艺制备多孔陶瓷的关键在于造孔剂的种类和添加含量，其次是粒径的大小。添加造孔剂的目的在于促使多孔材料的气孔率提高，因此他必须满足几个条件，首先在加热过程中易于排除，排除后在基体中无有害残留物，其次它不与基体反应。现在用作造孔剂的物质有无机和有机两类，本实验拟采用碳粉和pmma作为造孔剂。

堇青石[18]是一种六元环状硅酸盐矿物，它属于单斜晶系，堇青石陶瓷具有优异的热稳定性、耐火性能、抗化学浸蚀性能等优良特性，堇青石陶瓷的热膨胀系数较低、分解温度较高。选用堇青石作为基体材料，并加入莫来石作为辅助基体材料提高烧结性能。

2. 研究的基本内容与方案

1、基本内容

拟采用莫来石、堇青石为原料，以碳粉、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）为造孔剂在1100℃烧结，制备多孔陶瓷；

3. 研究计划与安排

1、第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；

2、第4－8周：添加不同含量的造孔剂，制备多孔陶瓷，研究造孔剂含量对陶瓷的显微形貌、力学性能、导热性能的影响；

3、第9－12周：研究不同类型造孔剂对陶瓷的显微形貌、力学性能、导热性能的影响，探究其影响机制，制备高孔隙率、低热导率的多孔陶瓷材料；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]罗民华编著。多孔陶瓷实用技术。北京.。中国建材工业出版社.2006.3

[2]xinwenzhu,dongliangjing,shouhongtan,etal.preparationofsiliconcarbidereticulatedporousceramics[j].materialsscienceandengineering,2002:232-238

[3]李湘洲.刘昊宇.多孔陶瓷的研究现状与应用[j].陶瓷.2005(5):47-49