碳化硅多孔陶瓷材料以其優(yōu)異的性能,已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,而原材料選擇苛刻及制備技術(shù)復(fù)雜等問(wèn)題的存在,限制了其進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。等靜壓成型陶瓷制品具有壓坯密度大、壓坯密度均勻一致、制品長(zhǎng)徑比大、形狀復(fù)雜等優(yōu)點(diǎn)。而開(kāi)發(fā)具有凹槽、空心和封底等異形復(fù)雜形狀的多孔陶瓷成型方法是陶瓷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)研究等靜壓技術(shù)成型燭式結(jié)構(gòu)碳化硅多孔陶瓷制品工藝中的骨料顆粒形貌、造孔劑種類(lèi)及加入量、結(jié)合劑種類(lèi)、粒度及加入量、燒成和成型工藝參數(shù)對(duì)多孔陶瓷性能的影響規(guī)律,多孔陶瓷的優(yōu)化制備工藝參數(shù),以期提高多孔陶瓷的使用性能。通過(guò)對(duì)骨料采取不同的處理方式,制備得到不同的骨料顆粒,研究了顆粒形貌和造孔劑種類(lèi)對(duì)樣品性能的影響。結(jié)果表明,采用氣流磨制備的碳化硅骨料顆粒形貌較好,棱角少,無(wú)明顯尖銳狀顆粒,近似球形,且粒徑分布集中,制備的多孔陶瓷材料的氣孔率高、孔徑均勻、透氣性能好、阻力小。采用木質(zhì)纖維素作為造孔劑制備多孔陶瓷,其綜合性能優(yōu)于核桃殼粉,將木質(zhì)纖維素的加入量調(diào)節(jié)到9 wt%,可得到氣孔率≥36%,透氣阻力≤150 Pa的多孔陶瓷樣品。通過(guò)碳化硅多孔陶瓷材料所用結(jié)合劑配方體系的選擇、結(jié)合劑粒度及加入量等對(duì)性能影... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【圖文】：

Coors-p-100A-1樣品圖[4]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文3結(jié)合氧化鋁質(zhì)多孔陶瓷膜材料。其中Coors-p-100A-1圖1-1所示是一種不含膜層的莫來(lái)石/氧化鋁材質(zhì)的高溫陶瓷過(guò)濾元件[4]，過(guò)濾元件標(biāo)準(zhǔn)尺寸為Φ60×1000~1500×10mm(外徑×長(zhǎng)度×壁厚)，這種莫來(lái)石結(jié)合氧化鋁陶瓷材料主要技術(shù)指標(biāo)為：體積密度1.8g/cm3、孔徑45~65μm、氣孔率為38%、抗彎強(qiáng)度25.8MPa、熱膨脹系數(shù)為5.34×10-6/℃。由于這種陶瓷具有相對(duì)高的熱膨脹系數(shù)，熱穩(wěn)定性較差[11]，高溫氣體過(guò)濾時(shí)發(fā)生過(guò)元件破裂現(xiàn)象。圖1-1Coors-p-100A-1樣品圖[4]Prabhakaran[12]等用淀粉做造孔劑，制備氧化鋁質(zhì)多孔陶瓷，加熱時(shí)淀粉與氧化鋁漿料結(jié)合迅速吸水，形成凝膠，凝膠干躁時(shí)不變形不開(kāi)裂，并具有一定強(qiáng)度，可以預(yù)加工。經(jīng)燒成后制品徑向壓縮強(qiáng)度為2.1~5.9MPa，氣孔率可達(dá)67~76%，掃描電鏡顯示該制品存在200~800μm的大孔和20μm的小孔。堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)材料具有體積密度孝熱膨脹系數(shù)低、易人工合成等優(yōu)點(diǎn)，因此常用作各種低膨脹陶瓷材料的原材料。目前廣泛應(yīng)用的汽車(chē)尾氣凈化用蜂窩陶瓷載體、窯爐用除塵蓄熱體和石油催化裂化載體等大多是以堇青石為原料的多孔陶瓷制品。采用堇青石作骨料制備的多孔陶瓷材料具有微孔性能好、氣孔率高，重量輕、而且耐溫高、熱穩(wěn)定性能好和抗熱沖擊性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常理想的高溫氣體凈化材料。圖1-2堇青石質(zhì)多孔陶瓷元件

,19]，因此耐高溫、耐腐蝕的碳化硅多孔陶瓷過(guò)濾材料成為首眩碳化硅多孔陶瓷材料是以碳化硅顆粒作骨料，以粘土、氧化鋁、氧化釔和莫來(lái)石等作為高溫結(jié)合劑，采用干壓、擠出、澆注或等靜壓成型、經(jīng)高溫?zé)Y(jié)的一種孔徑可控的耐高溫陶瓷膜材料[20]。其除具有一般多孔陶瓷優(yōu)點(diǎn)外，還具備硬度大、耐腐蝕、耐高溫、熱導(dǎo)率高、熱膨脹系數(shù)低和抗熱震好等特有性能。已經(jīng)在冶金、化工、能源、環(huán)保等眾多領(lǐng)域應(yīng)用[21]。同時(shí)為了提高其過(guò)濾精度、降低流通阻力、提高清洗再生效果，碳化硅多孔陶瓷材料通常設(shè)計(jì)成一種非對(duì)稱(chēng)的孔梯度結(jié)構(gòu)，如圖1-3所示碳化硅多孔陶瓷支撐體加外層分離膜結(jié)構(gòu)。按照其高溫結(jié)合方式不同，可分為粘土結(jié)合碳化硅、反應(yīng)結(jié)合碳化硅和氮化硅結(jié)合碳化硅等多個(gè)種類(lèi)。目前開(kāi)發(fā)應(yīng)用最廣的主要為粘土結(jié)合碳化硅質(zhì)高溫陶瓷膜過(guò)濾材料[22]。圖1-3碳化硅多孔陶瓷材料最早研究開(kāi)發(fā)碳化硅多孔陶瓷材料的是德國(guó)舒馬赫公司，他們自20世紀(jì)世紀(jì)80年代開(kāi)始，研制出了一種粘土結(jié)合碳化硅的陶瓷膜過(guò)濾材料(F40)，其以?xún)?yōu)質(zhì)碳化硅顆粒作為骨料，莫來(lái)石為高溫結(jié)合劑制成強(qiáng)度較高的支撐體材料，然后在支撐體材料表面噴涂一層由碳化硅顆粒和莫來(lái)石纖維組成的厚度約100~150μm過(guò)濾膜層。過(guò)濾膜層孔徑20μm。后來(lái)舒馬赫公司又開(kāi)發(fā)了一種性能更加穩(wěn)定的碳化硅陶瓷膜過(guò)濾材料(FT20)。這種材料在原有F40基礎(chǔ)上，一方面提高了高溫抗蠕變性和高溫?zé)岱�(wěn)定性能，另一方面在碳化硅多孔陶瓷材料表面涂覆一層由氧化鋁纖維和碳化硅顆粒組成的孔徑為15μm的陶瓷纖維


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