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多孔陶瓷的有机薄膜加工工艺

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-08-31 0:29:11 * 浏览: 12
0引言多孔陶瓷由于具有三维网状结构,高孔隙率和孔隙相互渗透,已被用于熔融金属过滤器,高温气体过滤器,催化剂载体,多孔燃烧器和生物医学领域。此外,它还用于制造金属基网状陶瓷复合材料。根据Et的用途和材料性能要求,已经为网状多孔陶瓷材料制备了许多材料,例如二氧化硅,氧化铝,莫来石,碳化硅,堇青石,碳化硅/氧化铝,氧化铝/莫来石,氧化铝/氧化锆,莫来石/氧化锆等。多孔陶瓷材料的制备方法有很多,如挤出成型,成孔剂的添加,陶瓷浆料的直接发泡和模板法。最常用的制备方法是有机泡沫浸渍工艺_7j,与其他成型方法相比,具有工艺简单,成本低的优点。有机泡沫浸渍工艺使用具有三维开孔结构的有机泡沫作为有机模板,并且在预处理之后,将具有一定触变性的浆料涂覆在模板上,在干燥后脱胶,最后在高温下烧结。温度以获得具有网络结构的多孔结构。陶瓷。在该过程中,最关键的步骤是有机泡沫的浆料涂覆,因为涂覆效果直接决定了网状多孔陶瓷的最终结构和性质。该方法不仅确保泡沫涂覆有浆料,而且还去除多余的浆料并且没有堵塞。有机泡沫和水基浆料的润湿性和附着力是影响涂料质量的重要因素,涂料的质量直接影响最终产品的结构和性能,因此有机模板是预处理的重要组成部分。这个过程。随着人类环境意识的提高,在陶瓷的湿法成型过程中,如铸造成型,铸造成型等,许多人倾向于使用无毒,无污染的水基浆料。类似地,在当前的有机泡沫浸渍方法中几乎毫无例外地使用水基浆料。由于浆料是水基的并且泡沫模板是有机的,因此两者的相容性和粘附性差,因此浆料通常不能充分润湿泡沫,因此浆料不均匀,并且浆料的量不是高,导致多孔陶瓷具有许多缺陷。首先,有机泡沫的孔隙上的浆料被不均匀地涂覆。根据有机泡沫的生产方法,孔的横截面是凹的和三角形的,并且更难以在三个尖角处,特别是在孔的较薄部分中施加浆料。其次,在涂覆过程中,单个部件不会润湿,根本不涂覆浆料,导致涂层不连续。在有机泡沫的排出过程中,在孔的表面上产生大的裂缝。空洞等缺陷。这些表面上非常薄的破裂孔严重降低了材料的机械性能和可靠性。如果在实际应用中施加力,则在孔缺陷附近倾向于发生应力集中,这可能在超过材料的应力极限时导致灾难性损坏。因此,增加了有机泡沫和水基浆料之间的润湿性和粘附性,从而增加了涂层的均匀性和涂层厚度,减少了脱胶过程中的缺陷数量,并改善了机械性能和可靠性。材料。一种有效的性方式。近年来,为了提高涂层厚度和均匀性,已经获得了高强度,高可靠性的多孔陶瓷材料,并且大多数研究都集中在悬挂工艺的改进上,而在有机模板处理上,除专利外,没有相关文章。通过用粘合剂处理有机泡沫的表面,增加了表面与浆料的粘附性,从而增加了浆料的量。在浸渍之前,Ra-vault使用聚合物溶液,二价和三价金属离子溶液来表面改性有机泡沫。浸泡有机泡沫时,表面上的浆料将凝聚,从而增加浆料的量并使悬挂浆料更均匀。但上述方法各有不足之处。有机纤维和石墨纤维的表面通常不是亲水的,并且该方法仅通过增加表面的粗糙度来改善润湿性。后两者没有考虑到添加的改性剂会对浆料产生不利影响。在本文中,硅溶胶用作表面改性剂。通过两个方面处理有机模板:一方面,增加表面粗糙度以改善浆料对有机泡沫的润湿,另一方面,通过溶胶处理表面。改性。研究了处理前后有机模板的表面形貌和模板的力学性能。 1该实验使用具有通孔和孔径为10PPI(Poresperinch)作为模板的软质聚氨酯泡沫。有机模板的大小为10arm×20mm×120arm。亲水性二氧化硅溶胶用作有机模板的表面改性剂。耐火级氮化硅粉末(s。选择3ifer)作为主要陶瓷组分,氧化铝细粉(coAl2O。,99.16,d50 = 0.62m)和粘土作为烧结助剂,羧甲基纤维素(CMC)作为浆料。流变改性剂,二氧化硅溶胶(25.7,pH-8.549.5)用作粘合剂。浆料的制备:首先,将去离子水,CMC溶液(4%)和硅溶胶置于球磨机机筒中并均匀混合。然后,加入陶瓷粉末。球磨介质是氮化硅球,球与材料的比例为3:1。在行星式球磨机中球磨2小时后,加入消泡剂并继续球磨0.5小时以用于浸渍模塑。处理过程如图1所示。洗涤样品后,将其在60℃下干燥。然后用1mol / L NaOH溶液处理24小时,洗涤并干燥。最后,用二氧化硅溶胶改性表面,以增加有机模板和水基浆料之间的粘附性和润湿性,并增加浆料的量和均匀性。通过光学显微镜观察处理过程的不同阶段的有机模板的表面形态。为了研究模板处理后回弹能力的变化,用INSTRON-5566材料试验机测量处理前后的应变 - 应力曲线。试样尺寸为10mm×20mm×120mm,加载速率为3mm / min,最大应变为50。 2结果与讨论2.1表面改性对表面形貌的影响根据固体表面的润湿理论,该工艺以两种方式提高模板与水基浆料之间的附着力和润湿性,从而使纸浆更容易和更多制服。 1通过改性表面,疏水性水的有机表面变成亲水性极性无机表面,2在润湿的情况下,通过增加表面粗糙度,两者之间的润湿性进一步提高。首先,用水洗涤购买的聚氨酯泡沫以除去表面上的灰尘等杂质并干燥。然后,将有机泡沫浸入1mol / L NaOH溶液中24小时,洗涤并干燥。该步骤的目的是用强碱溶液钝化多孔结构,一方面钝化多孔泡沫孔的尖锐三角形边缘,使其易于涂覆水基浆料,也可以去除在生产过程中孔间膜防止涂覆期间的堵塞,另一方面,肋的表面被腐蚀以增加表面粗糙度并改善与水基浆料的润湿。在该步骤之后,泡沫表面的光学显微照片显示在图2(a)中。可以看出,表面已经被一些凹坑腐蚀,并且表面的粗糙度增加,表明孔的薄膜可以通过洗涤被完全腐蚀和去除。将前一步骤中处理的有机泡沫置于二氧化硅溶胶中24小时,并轻轻搅拌。取出后,将过量的二氧化硅溶胶离心并在室温下干燥。泡沫表面的光学显微照片如图2(b)所示。可以看出,表面覆盖有具有“皱纹”形状的薄膜h是在二氧化硅溶胶干燥后形成的si-O_网络涂层,并且具有强亲水性。表面的粗糙度进一步增加,并且在表面改性之后,泡沫的表面已从疏水有机表面变为亲水无机表面,并且进一步改善了与水基浆料的润湿性。 2.2表面改性对模板弹性的影响在有机泡沫浸渍过程中,模板需要具有一定的弹性,以便在压缩或拉伸后,可以确保最终产品的结构和形状,尤其是当浆料是当粘度高时,如果弹性不足,模板将不能克服浆料的粘性力并恢复其原始形状。因此,有必要研究有机泡沫处理对有机泡沫的机械性能的影响。处理前后孔径为10PPI的有机泡沫的应力和应变曲线分别如图3所示。从图3中可以看出,压缩曲线可以分为三个阶段,线性弹性阶段,弹性屈服平台和致密化阶段。在碱液处理的第二步之后,屈服平台明显减少。这是因为NaOH溶液对模板有一定的腐蚀作用,泡沫结构受损,弹性模量降低到一定程度,回弹性降低。然而,在二氧化硅溶胶表面改性后,模板的弹性模量显着增加,弹性屈服平台明显升高,表明模板表面改性后模量显着提高。总之,尽管有机多孔模板用NaOH溶液处理,但模板结构受到一定的侵蚀,并且回弹能力降低。然而,在亲水溶液的表面改性之后,回弹能力和屈服强度显着提高。同时,它还表明,用于改性的无机涂层与模板基材之间的粘合力相对较强,因为当加载泡沫时,硅溶胶涂层不会因力而脱落,但具有一定的粘合力。对泡沫的影响。配角。此外,有机模板具有改善的弹性,并且可以使用更高粘度的浆料来获得尽可能高的纸浆量。 2.3表面改性对浆料涂布的影响在将处理前后的模板浸入浆料中之后,为了更好地研究表面处理对涂布过程的影响,在离心过程中使用非常高的旋转速度以除去多余的浆料。由于相容性和表面粗糙度的改善,浆料在有机模板上的涂布均匀性得到进一步改善,并且处理前后涂层连续性和均匀性的变化示于图3中。 4。从图4(a)可以看出,由于模板和浆料之间的润湿性差,在相同的条件下,模板表面上的浆料涂层是不连续的,有些位置没有涂在所有。并且因为没有去除孔之间的膜,所以结构不均匀。图4(b)中的涂层非常均匀,表明在处理后浆料对有机模板表面的粘附性得到显着改善。另一方面,从有机模板上浆料的浆料量可以看出,有机模板预处理对二者的润湿性具有显着的改善效果,如图5所示,其中浆料的量是4Ocm3。有机模板上的浆料量通过涂有泡沫的浆料的重量显着增加。 3结论(1)通过增加与水基浆料的相容性并通过使用硅溶胶作为表面改性剂来增加表面粗糙度来对有机模板进行表面处理。 (2)在表面分析之后,材料的表面粘附到通过干燥二氧化硅溶胶形成的-Si-O网络层。该薄膜不仅具有很强的亲水性,而且具有高粗糙度,从而改善了有机模板。与水基的相容性和润湿性d浆液。 (3)在表面处理之后,有机模板的弹性不仅不会降低而且具有显着的增强,因此具有较高固体含量的浆料可以应用于多孔陶瓷的制备过程中。 (4)在表面处理之后,有机模板更容易被水基浆料涂覆,并且浆料的量显着增加。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器