1 中国钢研科技集团有限公司，北京 100081
2 清华大学材料学院，北京 100084
3 钢铁研究总院，北京 100081
陶瓷支撑体是多孔陶瓷膜应用的基础。对于传统陶瓷支撑体(如氧化铝)，昂贵的原料价格及较高的烧结成本限制了其进一步应用。因此，选用合适的天然矿物原料来实现陶瓷支撑体的低成本制备成为当前研究重点。本工作以高岭土、滑石、碳酸钙为原料，制备出系列多孔陶瓷支撑体。采用热膨胀仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、压汞仪、万能试验机对坯体的烧结特性以及多孔陶瓷支撑体的物相组成、显微结构、孔径尺寸分布、抗弯强度和耐酸碱腐蚀性进行了研究。结果表明：坯体具有优良的低温烧结特性，通过化学反应烧结机制实现了多孔陶瓷支撑体的制备。烧结温度在1 000～1 200 ℃间较为适宜，所得支撑体的显微结构均匀，孔径呈单峰分布，开口气孔率、平均孔径尺寸、抗弯强度、0.1 MPa气体压力差下氮气通量分别为49.8%～49.4%、1.09～1.83 μm、40.57～28.85 MPa、119～340 m3·m-2·h-1，同时具有良好的耐碱腐蚀性能。
天然矿物 多孔陶瓷支撑体 烧结特性 显微结构 氮气通量 natural mineral porous ceramic support sintering characteristic microstructure nitrogen gas flux
哈尔滨理工大学材料科学与化学工程学院, 哈尔滨 150040
以α-Al2O3为原料, 环保无毒的海藻酸钠为凝胶体系, 通过氯化钙溶液引入钙离子, 利用凝胶-滴注及无压烧结的方法制备了Al2O3多孔陶瓷球, 研究了固化时间及烧结温度对Al2O3多孔陶瓷球的气孔率、抗压强度及显微结构的影响规律。结果表明: 固化时间延长, 有利于钙离子迁移, 与海藻酸钠发生反应, 形成三维交联网状结构, 使Al2O3粉原位固化形成陶瓷球坯。烧结温度升高, 颗粒间的间隙孔减少, 显微结构更加均匀, 抗压强度升高。Al2O3多孔陶瓷球的气孔率约在47.7%~78.1%之间, 抗压强度在1.2~36.0 MPa范围内。通过优化固化时间、烧结温度、Ca2+浓度等工艺参数可调控多孔陶瓷球的气孔率、孔结构及抗压强度。利用工艺简单的凝胶-滴注法方便进行多孔陶瓷球的直径、球形度及性能的控制, 在催化剂载体、吸附、分离提纯等领域将具有广泛的应用前景。
Al2O3多孔陶瓷球 凝胶-滴注法 海藻酸钠 固化时间 烧结温度 alumina porous ceramic beads gel-dripping method sodium alginate coagulation time sintering temperature
1 1.中国科学院 高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室, 上海 200050
2 2.中国科学院 上海硅酸盐研究所, 结构陶瓷与复合材料工程研究中心, 上海 200050
3 3.中国科学院大学, 北京 100049
利用直接墨水打印方法制备了由定向SiC纳米线交错叠层组成的具备网络状孔隙结构的高强SiC多孔陶瓷。制备的碳化硅多孔陶瓷具有高的通孔结构和完全由定向SiC纳米线组装而成的结构特征。研究了烧结温度对定向SiC纳米线多孔陶瓷的微观结构、相组成演变及力学性能的影响。研究结果表明: 烧结温度低于1900 ℃时, SiC纳米线能保持高长径比; 1850 ℃烧结制备的定向SiCNWs多孔陶瓷的密度、气孔率和中位孔径分别为1.49 g/cm3、54.6%和~1 μm。得益于SiC纳米线的高强度以及取向排布, SiC纳米线多孔陶瓷的压缩强度高达(245.5±0.7) MPa。
多孔陶瓷 SiC 纳米线 增材制造 取向 porous ceramic SiC nanowire additive manufacturing orientation
1 1.长沙理工大学 材料科学与工程学院, 长沙 410114
2 2.清华大学 材料学院, 精细陶瓷与先进工艺国家重点实验室, 北京 100083
在传统熔融沉积方法的基础上, 采用颗粒混合料和螺杆挤出机构3D打印制备了致密和多孔氧化锆陶瓷, 系统研究了颗粒原料的打印性能、坯体显微结构特征和陶瓷材料的力学性能。研究结果表明, 该方法可以实现倾角达165°和跨度为5.5 mm的无支撑结构的打印成型。研究了两种打印路径对致密氧化锆陶瓷抗弯强度及抗弯强度Weibull模数的影响, 结果表明与传统单线填充模式相比, “单线+矩形”复合填充模式可以得到更高致密度和更优力学性能的陶瓷(抗弯强度达到637.8 MPa, Weibull模数达到9.10)。研究了不同气孔率多孔氧化锆陶瓷的压缩力学行为, 结果表明陶瓷的抗压强度和气孔率之间存在复合指数规律, 低气孔率时异面压缩的应力-应变曲线只呈现弹性阶段, 高气孔率时出现弹性阶段和坍塌阶段, 均未出现密实阶段。
熔融沉积 3D打印 氧化锆陶瓷 多孔陶瓷 fused deposit modeling 3D printing zirconia ceramic porous ceramic
西安交通大学，金属材料强度国家重点实验室，西安 710049
以TiO2和炭黑为反应物，TiC为添加物，通过反应烧结法制备出多孔TiC陶瓷。研究了TiC的添加量对晶粒大小、孔径尺寸、开气孔率及抗弯强度的影响 。研究结果表明：随着TiC的添加量从0%增大到100%，反应生成TiC的粒径从0.17 μm增大到0.71 μm，孔径尺寸从0.15 μm增大到1.51 μm，开气孔率从78% 持续降到38%，抗弯强度先增加后减小，添加量为80%时最高(86 MPa)。TiC生长机理主要是由于添加的TiC使TiO2周围的碳含量减少，从而导致反应生成TiC的 熔点降低，扩散能力提高，晶粒粒径增大。
多孔陶瓷 反应烧结 孔径尺寸 晶格常数 porous ceramic TiC TiC reaction sintering pore size lattice constant
1 苏州市职业大学机电工程学院, 江苏 苏州 215104
2 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室, 湖北 武汉 430074
通过激光选区烧结(SLS)技术成形了堇青石/碳纤维复合材料初胚,经高温烧结获得了陶瓷试样,研究了陶瓷试样的孔隙率、力学性能和尺寸精度在不同工艺下的变化。结果表明,碳纤维通过烧结颈粘结穿插在堇青石基体中,随着烧结温度的升高,堇青石熔化变形,孔隙率减小。当烧结温度为1350~1400 ℃时,堇青石为μ相,当烧结温度升高至1425 ℃时,堇青石由μ相向α相转变。碳纤维有效增强了初胚的韧性和强度,随着烧结温度的升高,陶瓷试样的抗压强度不断增大,并在1425 ℃时达到最大值5.48 MPa。
激光技术 激光选区烧结 堇青石 碳纤维 复合材料 多孔陶瓷 激光与光电子学进展
2018, 55(12): 121405
