凝胶注模工艺制备莫来石泡沫陶瓷

凝胶注模工艺制备莫来石泡沫陶瓷

苏 鹏 郭学益冀树军

（1．中南大学冶金科学与工程学院，长沙 410083；2．包头铝业集团有限责任公司，包头 014046）

摘 要：采用凝胶注模工艺，在陶瓷浆料发泡的基础上，通过有机单体的原位聚合固化制备莫来石泡沫陶瓷．研究了工艺条件对纯单体溶液、发泡和未发泡悬浮浆料等不同体系聚合反应的影响．聚合反应过程的温度变化曲线分析表明，单体溶液或浆料的 pH 值、初始温度和组成对其聚合反应有显著影响．制备的泡沫陶瓷为开孔贯通泡沫体，体积密度为理论密度的 8％～40％，气孔率可达到 90％以上，平均孔径范围和孔径分布范围分别为 50～300μm和 30～800amμm 显微结构分析表明，泡沫陶瓷平均孔径和孔径分布取决于聚合反应引发时间和泡沫陶瓷体积密度.

关键词：泡沫陶瓷；莫来石；凝胶注模；引发时问；平均孔径

中图分类号：TQ174．15文献标志码：A文章编号：0493—2l37（2008）112—1492—06

凝胶注模工艺由美国橡树岭国家实验室于1992年开发成功，具有设备简单、可成型复杂零件和成本低廉等优点，受到了学术和工业界的广泛关注，目前已被广泛应用于 Al2O3、ZrO2、SiC 和 Si3N4等致密高性能结构陶瓷的制备．近年来，一些学者开始研究利用凝胶注模工艺制备泡沫陶瓷的新方法，采用这种方法制备的泡沫陶瓷孔隙率可达95％，且与其他传统方法(有机前驱体浸渍法、添加造孔剂法、发泡反应法等)相比，力学强度得到显著提高．

铝熔体净化处理技术是提高铝材性能的关键，其研究和开发已成为世界各国冶金、熔铸工作者十分关注的课题．多孔泡沫陶瓷特有的高比表面积、高渗透性、轻质和低热导率等特性，使其适用于作熔融金属过滤器．目前，在铝熔体的单一净化过滤和复合净化技术中， Al2O3、ZrO2、等泡沫陶瓷过滤器已得到广泛应用．低膨胀莫来石陶瓷具有优异的抗热震性能，虽然在用作高温工程结构材料和制备多孔陶瓷方面已获得广泛应用，但未见用于制备高温金属熔体净化过滤的泡沫陶瓷的研究报道．笔者将凝胶注模工艺用于莫来石泡沫陶瓷的制备，通过在悬浮浆料中加入有机单体、起泡剂等添加剂，使陶瓷料浆发泡后发生原位聚合固化而制备泡沫陶瓷，研究了浆料pH 值和组成、初始反应温度等工艺条件对聚合反应过程和泡沫陶瓷显微结构的影响．