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中国科研人员首次利用双相溶胶制备高强度泡沫陶瓷
2021年12月13日 发布 分类:技术前沿 点击量:681
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125日,欧洲陶瓷学会期刊在线发布了中国研究人员关于莫来石泡沫陶瓷制备的最新成果,论文以“Mulliteceramicfoamswithtunableporesfromdual-phasesolnanoparticle-stabilizedfoams”为题发表。

链接地址:https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.008

莫来石(3Al2O3.2SiO2由于具有熔点高、蠕变率低、热传导小等优异特性,常被用作耐火材料和高温应用的结构材料,抗热冲击能力强。并且由于其介电常数小,莫来石也是一种很好的电子线路基板材料。但是,包括反应烧结、冷冻铸造、泡沫或乳液模板、添加造孔剂法、凝胶注模和3D打印等工艺制备莫来石,都不能使其孔隙率达到80%以上,这限制了其性能和应用。当前研发焦点在于不牺牲其抗压强度为前提,开发新型的高孔隙率的莫来石泡沫陶瓷工艺。

泡沫陶瓷

来自北京科技大学先进材料与技术研究所、清华大学材料科学与工程学院新型陶瓷与精细加工国家重点实验室、中国地质大学(北京)水资源与环境学院的研究人员首次提出,采用勃姆石溶胶和硅溶胶作为双相溶胶构建纳米颗粒稳定泡沫,并制备出具有分级孔隙率的莫来石泡沫陶瓷。

与传统使用的微尺度陶瓷颗粒相比,溶胶-NPs更有利于泡沫稳定性,产生具有层薄壁和小晶粒尺寸的多孔陶瓷,基于高孔隙率产生更大的抗压强度。此外,泡沫陶瓷的比表面积也有所增加,这可能与提高熔块反应性和部分熔块有关。目前,单相氧化铝和二氧化硅溶胶已被有效地用于生产纳米颗粒稳定的泡沫,但是所制备的莫来石泡沫陶瓷并不能满足高度多孔结构、均匀性和减小孔径的期望。研究人员将溶胶纳米颗粒进行表面疏水处理,通过改变玻璃料温度和固体负载,研究人员创造了具有分层孔隙、增加的孔隙率、显着的抗压强度和降低的热传导的莫来石陶瓷泡沫,为了提高泡沫稳定性,在发泡过程中改变pH值以促进双相溶胶NP稳定泡沫的胶凝,使用具有恒定表面电荷和pH值的溶胶NP,以保证双相溶胶的均匀混合而不会发生聚集。

结论是,采用双相溶胶-NPs纳米粒子有利于提高泡沫陶瓷的比表面积,在900℃-1100℃的低温下烧结时会保留干燥收缩引起的褶皱,导致比表面积高达94.4-219.2m2/G。所获得的莫来石泡沫陶瓷在64.0%-87.0%的高开孔率下具有6.6-40.4MPa的较高抗压强度,热导率可低至0.10W/(m.K),具有广阔的应用前景轻质材料应用于广泛的领域,包括隔热、过滤器、生物支架、催化剂载体等。


编译 YUXI

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