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第42卷第8期
应用化工
Vo.42 No8
2013年8月
Applied Chemical Industry
Aug.2013
多孔氧化铝陶瓷的研究进展
王蒙,王俊勃,贺辛亥,刘江南,苏晓磊,江燕,李冰
(西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048
摘要:综述了国内外多孔氧化铝陶瓷的研究进展,对目前各种制备工艺进行了分析,并指出了各个工艺的特点,
总结了目前存在的问题,对未来的研究方向进行了展望。
关键词:多孔氧化铝陶瓷;制备;性能
中图分类号:TQ174文献标识码:A文章编号:1671-3206(2013)08-1505-03
Research progress of porous alumina ceramics
WANG Meng, WANG Jun-bo, HE Xin-hai, LLU Jiang-nan
SU Xiao-lei, JLANG Yan, L Bing
College of Mechanical and Electrical Engineering, Xi'an Polytechnic University, Xi'an 710048, China
Abstract: Reviewed the research progress of porous alumina ceramics at home and abroad, the preparation
of the present process are analyzed, and points out the characteristics of each process, summarizes the ex-
isting problems, the future direction of the research is prospected
Key words: porous alumina ceramics; preparation; properties
氧化铝陶瓷有“陶瓷王”之称,多孔氧化铝陶瓷制体中留下相应孔洞,形成多孔陶瓷预制体。添加
具有硬度高、耐高温、耐磨、电绝缘、耐侵蚀、力学性剂的选择多种多样,例如仲伯煊等通过添加适量
能良好等优点,被誉为“节能减排”材料中的一支奇的塑性剂和造孔剂,采用挤压成型的方式制备了氧
葩。另外,制备多孔氧化铝陶瓷原料来源广泛、价格化铝纤维增强多孔陶瓷。 Adli等?以蛋黄为成孔
低廉、生产工艺简单,具有较高的性价比,以及很大剂,通过蛋白发泡整合的方法制备出气孔率为42%
的商业价值。现已广泛应用于净化分离、固定化酶~-71%的多孔氧化铝陶瓷,研究表明,抗压强度与气
载体、吸声减震和传感器材料等众多领域,在航天航孔率有关。
空、能源、石油等领域中也具有十分诱人的应用前
不同的添加剂制备的多孔氧化铝具有不同的特
景。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年点:采用造孔剂成孔时,工艺简单,易于大规模生产,
来逐渐开发出许多不同的制备技术,其中应用比较但气孔分布均匀性差、气孔率低,不适合作为金属基
广泛的有混料法、模板浸溃法、静电纺丝法、电化学复合材料的增强。采用发泡剂成孔时,其发泡反应
法。本文主要对近几年来多孔氧化铝陶瓷的制备工速度快,不易控制,造成预制体结构不均匀,坯体出
艺及性能研究作一综述,对未来的研究方向进行展现开裂、剥落、塌陷等缺陷,另外对原料的要求较高,
但此工艺产品气孔率大、强度高,特别适用于闭孔陶
多孔氧化铝陶瓷的制备工艺
瓷制品(如轻质保温材料)的生产;添加成孔剂法是
1.1滉料法
较为简单、经济的方法,还可以控制其孔径的分布及
将陶瓷颗粒与添加剂(造孔剂、发泡剂、成孔剂机械强度。
等)充分混合均匀,压制成型,然后采用加热烧蚀等1.2模板浸渍法
工艺,使添加剂溶解、溶化、进而汽化蒸发,在陶瓷预
将具有一定结构的物质作为模子,或浸渍到相
收稿日期:2013-05-24修改稿日期:2013-06-09
基金项目:国家自然科学基金资助项目(510013);陕西省科学技术研究发展计划项目(201x07-10);陕西省教育厅专
项科研计划项目(11K0808);西安工程大学研究生创新基金项目(chx131131)
作者简介:王蒙(1987-),女,黑龙江克山人,西安工程大学研究生,师从刘江南教授,主要从事遗态材料制备及其性能的
研究。电话:15229052237,E-mail:wangmengjuliet@163.com
通讯联系人:王俊勃(1966-),博士,教授。电话:029-82330036
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应用化工
第42卷
应的液体中,或利用物理和化学的方法将有关材料1.3静电纺丝法
沉积到模板的孔中或表面,通过烧结等方法除去模
静电纺丝技术是指使带电的高分子溶液(或熔
板,进而得到与模板形貌和尺寸一样的材料。根据体)在高压电场中流动拉伸变形,经溶剂蒸发或熔
模板的来源分为天然模板和人造模板。
体冷却固化,最后得到纤维的纺丝工艺。赵康等门
1.2.1天然模板动植物呈现出一种天然的分级通过结合静电纺丝和冷冻干燥技术,于低温下静电
构造,具有多层次、多维、多尺度、多组分的有序性结纺丝,经冷冻干燥和烧结制得徴纳米多孔陶瓷纤维。
构组态,气孔率分布范围宽广,而且具备了优异的性张彦中等将铝盐、溶剂和镍盐混合搅拌得纺丝
能。模板可以是木材、羽毛、骨骼等,也可以是液,经静电纺丝得前躯体复合纳米纤维,煅烧制得
DNA、淀粉、细菌、病毒等等。例如郭敏等以棉布NiO/y-A203复合陶瓷纳米纤维。这种纤维直径分
和粘胶纤维布作为前驱体布,采用溶液浸渍法制备布均匀,长径比较高,柔韧性好。
了纤维纹理与前驱体布织物结构一致的Al203陶瓷
静电纺丝法因成本低、操作简单、适用范围较广
布,烧结温度越高,显微组织越致密,纤维断裂程度和不改变溶液自身特性等优点而备受人们关注。但
减小。另外,艾桃桃以冰为造孔模板,水玻璃溶得到的前驱体纤维是无机物/聚合物复合纤维,须通
液为粘结剂,制备氧化铝多孔陶瓷,SEM结果表明,过高温煅烧除去聚合物成分,得到无机纤维。虽然
浆体的特性对多孔陶瓷的结构影响较大。
在纺丝过程中易形成有缺陷的“念珠状”或“珠串”
用生物模板法能近似复制出生物材料的天然形纤维,但静电纺丝技术可以将纤维制成无纺布或薄
态,其原料来源广泛、可再生,成本较低,制备工艺简膜形状,能有效地控制纤维的排布,进而制备具有
便、易操作,还具有环保等优势,是环境相容性极为维、三维结构的纤维,广泛应用于过滤与分离材料、
优良的材料。尽管天然生物结构具有很多独特的优催化剂的载体,传感器、能源转化和储存设备的电极
势,但是也存在一些缺陷,如在陶瓷化的过程中,由等方面。
于高温和剧烈的化学作用,引起各向异性收缩,造成1.4电化学法
裂纹及翘曲,对生物材料原结构造成破坏。还有一
电化学中最常见的制备方法是阳极氧化法,通
个是不均匀性(如个体差异性等),不均匀性导致陶过电化学技术,在纯铝的表面原位生长,形成具有六
瓷材料的性能不稳定、分散性大、一致性差。
角柱状并高度规则结构的氧化铝薄膜。薄膜多孔氧
1.2.2人造模板随着科技的发展,天然生物材料化铝通常采用两步阳极氧化法制备,大大改善了多
已经无法满足人们的需要,而结合天然结构及人为孔氧化铝膜的结构,孔洞排列更有序,孔径分布更均
设计的人工材料得到人们的亲睞。宋晔等利用匀。李雪芳?以磷酸溶液