2011届毕业设计（论文）
数产生纳米级气孔，多用来制备微孔陶瓷膜和多孔陶瓷载体。
溶胶-凝胶工艺是一种新的制备多孔陶瓷的方法。它主要是在溶胶一凝胶基本原理的基础上，利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔或借助有机泡沫烧后的多孔骨架，从而形成可控多孔结构。
其基本过程为:将金属醇盐溶于低级醇中，缓慢滴入水以进行水解反应，得到相应的金属氧化物溶胶;调节其pH值，通过凝聚缩合反应，纳米尺度的金属氧化物微粒发生聚集，形成无定形网络结构的凝胶。将凝胶干燥并作热处理，有机物产生分解后，即得到多孔金属氧化物材料[15]。与其它工艺相比具有粒子细小、活性大、工艺简单并能实现多组份均匀掺杂、处理温度相对较低等特点。
多孔载体 清洗处理 浸土浸渍 图1 多孔陶瓷膜主要工艺流程图 干燥 热处理 多孔模 Sol-Gel法制备交替溶液 （3）优缺点
溶胶-凝胶法作为一种比较先进的陶瓷材料制备方法，在粉体、薄膜以及块体材料的制备中，已经得到广泛应用。由于，溶胶向凝胶的转变过程，实际就是液相-固相转变。所以，可以利用这一转变实现泡沫的固定，制备泡沫陶瓷，而无需外加固化剂。在方法的优点是不会引进杂质，尤其适合对杂质要求较高的场合，已经成功制备出SiO2以及含有SiO2的泡沫陶瓷[16]。将前躯物正硅酸乙酯（TEOS）的水解产物SiO2溶胶（或商业SiO2溶胶），用酸调节pH值至5-6；加入表面活性剂；然后通过搅打或加入化学试剂产生泡沫；利用SiO2溶胶在凝胶过程中粘度的迅速变化固定泡沫。通过调节溶胶粘度和发泡工艺，可以改变空隙率以及孔径分布。泡沫SiO2溶胶-凝胶系统已经应用于多孔陶瓷体系，例如胶体二氧化硅、勃姆石和氧化锆。 3.1.4有机泡沫浸渍工艺 （1）原理
目前泡沫陶瓷最理想的制备方法是有机泡沫浸渍法，这一点已被许多研究者所实，用此种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域获得大量应用。该方法通过控制浆料性能，优化无机粘结剂体系，严格控制浆料浸渍工艺过程，可以制备高性能的泡沫陶瓷制
10-
2011届毕业设计（论文）
品。但是有机泡沫浸渍法工艺存在一个明显的缺陷，即制品的孔隙结构尤其是孔径取决于所选有机泡沫体的孔隙结构和孔径大小。而目前所供选用的有机泡沫体的网眼尺寸是有限的，这在一定程度上制约了所得泡沫陶瓷材料的孔径和结构。朱新文[17]等，采用三维网状有机泡沫材料为载体，先用浸渍工艺制备出高孔隙率且几乎没有堵孔的网眼坯体，经排塑、预烧处理获得具有一定强度的预制体。预制体的孔棱呈疏松多孔结构，通过对预制体进行进一步表面处理，很好地解决了这一问题。 （2）工艺过程
该方法是利用有机泡沫浸渍陶瓷料浆，干燥后烧掉有机泡沫而获得泡沫状多孔陶瓷，其工艺流程如图2所示[18]。 陶瓷粉料、溶剂 浆料制备 有机泡沫体的选择 预处理 浸渍处理 除去多余浆料 烧成 图2 有机泡沫浸渍流程图
排除有机体泡沫 干燥 在有机泡沫浸渍时，先将泡沫挤压，排除空气，然后将其浸入陶瓷料浆中，让泡沫在料浆中自然伸展并吸附料浆；接下来去掉多余的料浆，常用方法有手工揉搓法和机械辊压法，无论采用那一种办法，其目的是使坯体中料浆分布均匀且无死孔。多孔素坯的干燥方法可以采用阴干、烘干或微波干燥，水分在1%以下方可入窑烧成。在烧制过程中，有两个重要阶段，即低温阶段和高温阶段。在低温阶段，升温速率不宜过快，如果升温太快，会使有机物剧烈氧化而在短时间内产生大量气体，造成坯体开裂和粉化。在高温阶段，要选择合适的烧结温度，烧结温度太低，制品强度不够；如果烧结温度过高，泥浆将会瓷化，虽然制品的强度得到了提高，但制品的耐热冲击性能和表面活性都将降低，进而导致多孔陶瓷对杂质的吸附能力降低。 （3）优缺点
该方法通过控制料浆的性能，优化无机粘结剂体系，严格控制浆料浸渍工艺过程，可制备出高性能的泡沫陶瓷制品，是目前泡沫陶瓷最理想的制备方法。用这种成型方法制备的泡沫陶瓷已在多个领域获得大量应用。
11-
2011届毕业设计（论文）
3.2 泡沫陶瓷的新型制备工艺
3.2.1凝胶注模工艺 （1）原理
美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模工艺Gel一Casting[19]，它是一种被广泛应用的新型成形方法。这种成形技术采用非孔模具，利用料浆内部或少量添加剂的化学反应作用从而使陶瓷料浆原位凝固形成坯体，获得具有良好微观均匀性和形状的坯体，从而显著提高材料的可靠性。Gel一Casting工艺可以使悬浮体泡沫化且能使液体泡沫原位聚合固化。作为制备泡沫陶瓷的一种新型方法，悬浮体泡沫化是最经济的，原位聚合固化所形成的素坯具有内部网状结构且强度较高。Pilarsepulveda使用该工艺制备的多孔氧化铝陶瓷，其抗弯强度高达26MPa，孔隙率高达90%[20]。 （2）工艺过程
采用凝胶注模法制备莫来石泡沫陶瓷的工艺流程如下：
干燥烧成 图3 凝胶注模法制备莫来石泡沫陶瓷的工艺流程 引发剂 脱模 聚合反应 催化剂 发泡剂 陶瓷浆料 发泡 莫来石粉体 有机单体 水和分散剂 （3）优缺点
由于氧气对自由基聚合反应有阻隔作用，所以，凝胶注凝工艺必须在隔绝空气的环境下完成[21]，相应地对设备要求较高。岛井等人[22]利用聚合物的交联反应固化泡沫，解决了自由基聚合反应需要隔绝氧气的缺点，成功开发出多种泡沫陶瓷。
12-
2011届毕业设计（论文）
3.2.2自蔓延高温合成工艺 （1）原理
1967年。苏联科学家Mazhanov AG发明了自蔓延高温合成工艺SHS，又称为燃烧合成法[23]。该方法高效、节能，可以制备出性能优良的陶瓷材料，其产品具有较高的孔隙率，因此常用改方法制备具有联系网格结构的陶瓷材料。其基本思路是：当温度高于必要的点火温度时，诱发体系产生局部的化学反应。改反应时放热反应，在持续放热下，燃烧将涉及到整个体系。SHS的本质是一种高放热无机化学反应，今年来该SHS技术受到了广泛的关注。 （2）工艺过程
其基本反应过程是:向体系提供必要能量(点火)，诱发体系局部产生化学反应，此后，这一化学反应过程在自身放出的高热量的支持下继续进行，最后将燃烧(反应)波蔓延到整个体系，从而制备出所需的陶瓷材料[24]。 （3）优缺点
材料的SHS技术以其高效、节能、经济和所得材料的良好的孔隙率，用这一特点可用来制备具有多孔连续网络结构的陶瓷材料，通过添加造孔剂可进一步提高产物的连续开放空隙率[25]。因为自蔓延反应速度很快，在如此短的反应时间内使产物打到完全烧结是比较困难的，自蔓延反应后的产物可以附加一个烧结进程，以进一步提高产物的强度[26]。
13-
2011届毕业设计（论文）
第四章 泡沫陶瓷的发展应用
4.1用作导电泡沫陶瓷器
杜庆洋[27]通过对导电泡沫陶瓷过滤柴油机排气微粒的研究发现：柴油机排气微粒对环境危害严重，研究开发排气过滤技术是解决问题的有效措施之一。利用表面密集排列短纤维的导电泡沫陶瓷作为微粒过滤器的滤芯，对柴油机排气微粒的过滤效率可达90%，并可进行原位通电加热再生，再生后过滤效率不下降。同时，对表面纤维化导电泡沫陶瓷的过滤机理进行了初步探讨。并对此前景进行了分析：表面纤维化的导电泡沫陶瓷在对柴油机排气微粒保持较高过滤效率前提下，可以方便地通电原位再生，是其最大优势。如果将其安装到柴油车上实际应用，可能再生装置连接和控制会比普通过滤器的安装和使用复杂些，要对车辆稍加改造，这是它与现用过滤器相比比较不利的方面。导电泡沫陶瓷过滤器如果在柴油车上使用，包括过滤器材料、催化剂、电极制备和智能控制系统，其成本约为3000元人民币左右，这与几千美元的进口蜂窝陶瓷和金属过滤器相比，要便宜得多。从2004年7月开始，我国在汽车尾气排放方面，对轻型柴油车全面实施了EU-3标准，而对重型柴油机车也将实行更为符合排放标准，都必须安装微粒过滤器。到2004年，我国柴油车保有量已经达到了120万辆，并且其增加的速度也越来越快，仅新车队过滤器的年需求来估算，其产值将过亿。因此，导电泡沫陶瓷过滤器将拥有良好的应用前景和市场价值。
4.2用作泡沫陶瓷过滤煤气
通过对泡沫陶瓷过滤煤气技术研究，姬宏杰、肖波和杨家宽
[28]
采用一种新的除尘工
艺，采用泡沫陶瓷片作为过滤元件进行模拟高温焦炉煤气除尘，增加了有效工作时间，避免了传统工艺很容易堵塞的弊端；并对相关实验数据进行了记录分析，充分验证了实验方案的有效性；最后，对泡沫陶瓷的相关应用做出了探讨性的预测。由于我国炼焦企业采用传统的生产工艺，生产数量又如此之大，炼焦厂成了污染环境的大户。根据传统的炼焦工艺[29]，从焦炉出来的荒煤气进入集气管之前，已被大量的氨水喷洒冷却，煤气中的焦油雾和水蒸气大部分凝结成液体，同时煤气中的粉尘、焦粉被捕集下来，煤气中水溶性的成分也溶入氨水中。这样，焦油、氨水以及粉尘和焦油渣混于一体，处理这样的污水及其困难，而其效率不高。另外，经喷洒冷却处理这样的煤气中还有悬浮颗粒，必须继续除尘。在新的工艺中，采用陶瓷过滤器进行高温细粉尘的过滤，可大大提高过滤效率和企业的经济效益。研究表明，与其他类型的除尘器相比，陶瓷过滤器的除尘效
14-