多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展
多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展＊
王鹏举，吴玉萍，应国兵，田宝娜
（河海大学力学与材料学院，南京２１０
０９８）摘要 多孔氮化硅陶瓷由于其高孔隙、低介电及优异的力学性能而备受广大学者的关注，介绍了多孔氮化硅陶瓷的主要制备方法及其性能，简要综述了多孔氮化硅陶瓷的国内外研究现状和动态，最后展望了多孔氮化硅陶瓷的发展前景。
关键词 多孔氮化硅陶瓷 孔隙率 弯曲强度中图分类号：ＴＱ１７４ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｐｒｅｐ
ａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｎｉｔｒｉｄｅ ＣｅｒａｍｉｃｓＷＡＮＧ Ｐｅｎｇｊｕ，ＷＵ Ｙｕｐｉｎｇ，ＹＩＮＧ Ｇｕｏｂｉｎｇ
，ＴＩＡＮ Ｂａｏｎａ（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ
２１００９８）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａ ｈｏｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅａ，ｄｕｅ ｔｏ ｉｔｓ ｈｉｇｈ ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｌｏｗ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃａｎｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｅｒｆｏｒ－ｍａｎｃｅ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｆｉ－ｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｐ
ｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ａｒｅ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．Ｋｅｙ
ｗｏｒｄｓ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｐｏｒｏｓｉｔｙ，ｂｅｎｄｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ＊“
十二五”装备预研教育部支撑计划；中央高校基本业务费（２０１３Ｂ０４９１４） 王鹏举：男，１９８８年生，硕士生，研究方向为功能结构陶瓷 Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｐｅｎｇｊ
ｕ＿ｈｈｕ＠１６３．ｃｏｍ 应国兵：通讯作者，男，１９８３年生，博士，讲师，研究方向为功能结构陶瓷与复合材料 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｉｎｇｇ
ｂ２０１０＠１２６．ｃｏｍ０ 引言
多孔氮化硅陶瓷材料是一种功能结构一体化材料
［１］
，其
高强度、高硬度、耐高温、耐腐蚀等特性可应用于汽车、环保、石油、生物等领域，高的孔隙率、低介电常数及介电损耗、耐磨损、抗冲击、抗热震性能好等特性还适合应用于航天航空、
军事化工等领域［
２－４］
。多孔氮化硅陶瓷材料由于其特殊的结构及优异的性能早已深受国内外学者的关注，早在２０世纪９０年代，Ｋａｗ
ａｉ等［５］
首次使用α－Ｓｉ３Ｎ４粉料作为原材料，成功制备出高孔隙、高强度的多孔氮化硅陶瓷。同一时期，日本名古屋精细陶瓷
研究协会的Ｓｈｉｇｅｇ
ａｋｉ等［６］
以β－Ｓｉ３Ｎ４晶须制成的粉末为原
料，制备出弹性模量低、断裂韧性高，且具有各向异性的多孔氮化硅陶瓷。在前人的研究基础上，Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｙａｎｇ等采用干压和冷等静压
［７］
、热压烧结［８］和注模成型［９］
等方法均成功制
备出多孔氮化硅陶瓷。２００８年，Ｏｈｊ
ｉ等［１０］
以各向同性和各向异性的多孔氮化硅陶瓷材料为研究对象，研究了多孔氮化硅陶瓷材料的微观组织、力学性能、热震性能等。之后国外对于多孔氮化硅陶瓷材料的研究报道相对减少，并开始投入实际的生产应用。
在国内，多孔氮化硅陶瓷的研究起步较晚，但是也已经
取得了不错的研究成果。２００
４年，张雯等［１１］首次使用凝胶注模成型技术，成功制备出微观组织均匀的多孔氮化硅陶
瓷。西安交通大学的余娟丽等［１２－１４］
也采用凝胶注模技术制
备出微多孔氮化硅陶瓷，并研究了烧结温度、固相含量、单体
含量等对材料性能的影响。２０１０年，Ｆｅｎｇ
Ｙｅ等［１５－１７］
采用冷冻干燥工艺制得孔隙定向生长的多孔氮化硅陶瓷材料。
２
０１３年，西北工业大学的鲁元等［１８］
以廉价的二氧化硅、碳、硅粉为原料，采用碳热还原－反应烧结法制备了多孔氮化硅陶瓷。本文结合多孔氮化硅的制备方法及其性能综述了目前国内外的研究现状及动态。
１ 氮化硅陶瓷的晶体结构
Ｓｉ３Ｎ４属于六方晶系，具有α－Ｓｉ３Ｎ４（等轴状）和β－Ｓｉ３Ｎ４
（长柱状）两种晶体结构（如图１（ａ）、（ｃ）所示），都是由［ＳｉＮ４］四面体共用顶角构成的三维空间网络，Ｓｉ３Ｎ４的基本性能参数如表１所示。多孔氮化硅陶瓷除了具有α－Ｓｉ３Ｎ４和β－Ｓｉ３Ｎ４两种晶体结构外，还有一种结构为α－Ｓｉ３Ｎ４和β－Ｓｉ３Ｎ４组合
（如图１（ｂ
）所示）。表１ Ｓｉ３Ｎ４的基本性能［１９］Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｉ３Ｎ４
［１９
］
Ｓｉ３Ｎ４
晶格常数ａ／ｎｍ ｃ／ｎ
ｍｃ／ａ
理论密度
ｇ
／ｃｍ３
堆垛方式α０．７７４８ ０．５６１７ ０．７２５ ３．１８４ＡＢＣＤβ
０．７６０８ ０．２９１０７ ０．３８２
３．１８７
ＡＢＡＢ
·６０１·材料导报 ２
０１４年１１月第２８卷专辑２４
２ 多孔氮化硅陶瓷的制备方法
多孔陶瓷最重要的特点是多孔性，也正由于其多孔性和氮化硅陶瓷的难烧结性，制备方法也与常规陶瓷材料的制备方法有所不同，到目前为止，多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法大致有以下几种：添加造孔剂法、挤压烧结法、流延法、反应烧结法、冷冻干燥法、凝胶注模法。
２．１ 添加造孔剂法
添加造孔剂法是通过在陶瓷坯体中加入一定量的造孔剂，通常是一些加热易挥发的有机物，或者是高温时易分解产生气体的酸、碱、盐等，造孔剂在陶瓷坯体中会占据一定的体积，经过排胶、烧结过程将素坯中的造孔剂或有机物排出，最终形成多孔陶瓷。
表２为一些添加造孔剂法制得的多孔氮化硅陶瓷的性能。由表２可以看出，采用不同的造孔剂所制得的多孔氮化硅陶瓷的孔隙率、平均孔径和弯曲强度均有所不同。
添加造孔剂是制备多孔陶瓷的一种常用方法，该方法工艺简单，造孔剂种类多，并可通过调节造孔剂的添加量和形状来控制多孔陶瓷的孔隙率和孔的结构，但是用该方法制备的多孔陶瓷孔隙分布均匀性差，且孔径较大，大孔隙会严重影响其力学性能，选择合适的造孔剂是采用该方法的关键
。
图１ 多孔氮化硅陶瓷的不同晶体结构［５］
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｒｙｓｔａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ
ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［５］
表２ 一些添加造孔剂法制备得到多孔氮化硅陶瓷的性能
Ｔａｂｌｅ ２ Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｅｖｅｒａｌ ａｄｄｉｎｇ ｐｏｒｅ－ｆｏｒｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ造孔剂造孔剂粒径／μｍ孔隙率／％平均孔径／μｍ弯曲强度／ＭＰａ备注
淀粉５～１８ ０～２５ ０．５～４０－Ｄｉａｚ［２０］
１０ ４３～５５ ０．２～５ ３５～１６０Ｇｕａｎｇｐｅｎｇ Ｊｉａｎｇ［２１］
有机晶须Φ３３×３００ ０～４５ １０—Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｙａｎｇ［３］
苯甲酸—２２．６～５６．２—４５～１８７李军奇［２２］５７～６５．８ ０．６８～０．８５ ８５～１２６Ｊｉａｎｓｈｅ Ｙｕｅ［２３］
Ｈ３ＰＯ４—４２～６３＞１ ５０～１２０Ｆｅｉ Ｃｈｅｎ［２４］尿素８００ ３３～７４—２０～８０Ｌｉ Ｆａｎｇｓｅｎ［２５］萘粉＜５ ４０～６６ ０．２ ６０～２２６Ｙｏｎｇ Ｌｉ［２６］酚醛树脂７５～１５０ ３６～５３ ０．６～２ １２５～２３５Ｘｉａｏｗｅｉ Ｙｉｎ［２７］
２．２ 挤压烧结法
（１）无压烧结
无压烧结是在大气压力状态下坯体的自由烧结过程，采
用无压烧结工艺制备多孔氮化硅陶瓷要着重考虑烧结助剂
的选择及用量、烧结温度及保温时间等因素，通过原料成分
设计和调整工艺参数来控制材料的组织结构及性能。２００５
年，Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｙａｎｇ等［３］首次采用无压烧结制备多孔氮化硅陶
瓷，在Ｓｉ
３Ｎ４＋５％Ｙ２Ｏ３＋２％Ａｌ２Ｏ３体系中再加入０％～６０％
的有机晶须，最终成功制得孔隙率介于０％～４５％的多孔氮化硅陶瓷。Ｊｕｎ Ｙａｎｇ等［９］采用无压烧结工艺，添加不同的烧
结助剂制得多孔氮化硅陶瓷，结果表明，添加５％的Ｌｕ
２Ｏ３作
为烧结助剂时试样孔隙率为５０％，弯曲强度高达１８８ＭＰａ，断裂韧性为３．１ＭＰａ·ｍ１／２。２０１０年，Ｈｏｎｇｊｉｅ Ｗａｎｇ等［２８］研究了采用无压烧结制备的多孔氮化硅陶瓷的介电性能，结果表明，介电常数和介电损耗随着孔隙率的增大而减小，当孔隙率为６４％时，介电常数和介电损耗均达到最小值，分别为２．３５和１．６×１０－３。
无压烧结工艺比较简单，成本相对低廉，烧结后的制品性能优良，是一种比较有发展前途的多孔陶瓷制备方法，但是要注意原材料的成分设计和工艺参数的调整。
（２）热压烧结
热压烧结在烧结过程中同时施加一定的压力，使材料加速流动、重排和致密化。从２０世纪７０年代开始，有人已开始采用热压烧结制备多孔氮化硅陶瓷，并对微观组织结构［２９］、抗拉强度和抗蠕变性能［３０，３１］、热力学和动力学［３１］等性能加以研究，２００２年，Ｊｉａｎｆｅｎｇ Ｙａｎｇ等［８］采用热压烧结工艺制备了孔隙率介于０％～３０％的高力学性能的多孔氮化硅陶瓷。热压烧结通常获得的烧结体晶粒较细，且有较高的强度；但是制品密度较大，孔隙率低，而且由于单向加压，组织存在择优取向，使性能在热压面平行方向和垂直方向有差异，导致各向异性。综合来说，热压烧结工艺不适合制备多孔陶瓷。
（３）等静压烧结
等静压成型利用了液体介质的静压传递原理，可分为冷
·
７
０
１
·
多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展／王鹏举等
等静压和热等静压成型，冷等静压成型和热等静压成型分别
是在常温下和加热过程中对粉料或陶瓷坯体各个方向同时施加压力。２００１年，Ａｂｅ等［３２］对９０％Ｓｉ
３Ｎ４＋５Ｙ２Ｏ３＋５Ａｌ２Ｏ３体系采用冷等静压成型工艺，再经烧结制得多孔氮化硅陶瓷。２００８年，Ｐｌｕｃｋｎｅｔｔ等［３３］用多重烧结助剂、冷等静压
成型工艺制备出多孔氮化硅陶瓷，研究了ＲＥ
２Ｏ３
（ＲＥ＝Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ或Ｙｂ）与ＭｇＯ的比例对致孔隙率、孔径、物相转变的影响。２０１４年，Ｋｏｖａｌｃˇｋｏｖ等［３４］研究了ｈＢＮ含量（１％、３％、５％）对热压烧结氮化硅陶瓷力学性能和耐磨性能的影响，当ｈＢＮ含量为１％时，其性能最好。
等静压烧结工艺比较简单，制得的多孔陶瓷组织均匀，但是多孔陶瓷坯体密度高，导致排胶困难，难以得到孔隙率高的多孔陶瓷；另外热等静压设备投资大，工艺复杂，导致产品的成本很高，限制了该工艺的广泛应用。
（４）锻压烧结
锻压烧结法是通过调节烧结工艺参数，并在烧结保温后在单一方向施加一定的机械压力以控制烧结体微观结构的一种方法。采用锻压烧结会使晶粒呈现定向生长排列，从而获得各向异性的多孔氮化硅陶瓷。２００１年，日本名古屋精细陶瓷研究所的Ｋｏｎｄｏ等［３５］采用锻压烧结工艺成功制备出长柱状晶粒、各向异性良好的多孔氮化硅陶瓷，其过程分为３个阶段：加热达到高温；保温以形成长柱状晶粒；锻压烧结获得各向异性良好的微观组织结构［３６］。同一时期，Ｉｎａｇａｋｉ等［３７］先用２．５ＭＰａ的单向压力压制出多孔氮化硅陶瓷素坯，然后经部分锻压烧结得到孔隙率为２４％、弯曲强度高达７７８ＭＰａ、顶部和内部弹性模量不同的多孔氮化硅陶瓷。
锻压烧结法将金属加工原理与陶瓷制备方法结合，呈现出一种新的陶瓷加工制备方法，但是经锻压烧结制备的陶瓷材料表现为各向异性，因此在使用过程中需要考虑各向异性的问题，同时制得的陶瓷材料孔隙率较低。
２．３ 流延成型法
流延成型法是在平整的载膜带上将浆料刮成一定厚度后固化形成薄膜坯片的成型工艺，然后根据所需要的样品形状及尺寸对片状素坯进行层压和切割，最后经烧结制得多孔陶瓷。采用流延成型工艺制备的多孔陶瓷由于其晶粒会出现定向生长而呈现各向异性，在性能上表现为低孔隙率下断
裂韧性出现反弹现象。２０００年，Ｉｎａｇａｋｉ等［３８］用β－Ｓｉ
３Ｎ４晶须
为原始粉料，通过流延成型制得素坯，烧结后得到多孔氮化硅陶瓷，其断裂能可达５００Ｊ／ｍ２，为致密氮化硅的７倍以上。２００３年，Ｊｉｈｏｎｇ Ｓｈｅ等［３９］用流延成型技术成功制备了各向异性的多孔氮化硅陶瓷，并研究了多孔氮化硅陶瓷材料的抗热震性能，结果表明各向异性的氮化硅陶瓷经１０００℃水淬后强度基本不降低。２００５年，Ｙｕｐｉｎｇ Ｚｅｎｇ等［４０］采用流延成型
制备多孔氮化硅陶瓷材料，研究了添加β－Ｓｉ
３Ｎ４晶须及其方
式对微观组织结构与断裂能的关系，结果表明，平行添加３％
（质量分数）的β－Ｓｉ
３Ｎ４晶须的氮化硅陶瓷的断裂能最大。
该方法的优点是工艺简单、生产效率高、经济性好，但是流延成型制备的多孔氮化硅陶瓷由于各向异性的存在只能满足特定条件下的应用，孔隙率低且难以制备形状复杂的零
部件。
２．４ 反应烧结法
反应烧结法是利用相对廉价的原材料，如Ｓｉ粉、ＳｉＯ
２
和
碳粉与Ｎ
２
，在一定的温度下通过化学反应最终形成多孔陶瓷。
２００２年，Ｃａｎｏ等［４１］首次以超细硅粉和Ｓｉ３Ｎ４粉为原料，采用燃烧合成法制备出不同孔隙率的多孔氮化硅陶瓷。Ｄｉａ－ｎｙｉｎｇ Ｃｈｅｎ等［４２］也做了相关研究，成功合成在三维空间呈网状结构分布的长柱状晶粒的多孔氮化硅陶瓷。２００５年，Ｓｈａｏ－Ｙｕｎ Ｓｈａｎ等［４３］采用碳热还原法，以ＳｉＯ２、Ｃ粉和α－Ｓｉ３Ｎ４为原料，制备出高孔隙率的多孔氮化硅陶瓷，并研究了ＳｉＯ２的粒径、不同烧结温度及保温时间对孔隙率、收缩率和
失重量的影响，结果表明，ＳｉＯ
２
粒径越小，烧结体的失重和收缩越小，当烧结温度为１８００℃时，其强度最大为７．７５ＭＰａ。２０１３年，西北工业大学的鲁元等［１８］采用碳热还原－反应烧结法制备多孔氮化硅陶瓷，当生坯的硅含量大于２０％时，可实现净尺寸烧结，随着硅粉含量的增加，试样的平均晶粒直径逐渐减小，气孔率逐渐降低，弯曲强度逐渐增大。
该方法经济廉价，实际应用性强，有着广阔的发展前景，但是用反应烧结法制备的多孔氮化硅陶瓷物相组成较复杂，孔隙率不易控制且强度相对较低。
２．５ 冷冻干燥法
冷冻干燥法是把浆料置于制冷剂中快速冷冻，使浆料中的水转变成冰，同时将粉料固定，然后在真空条件下让冰直接升华排出坯体，经烧结后得到多孔陶瓷。２００２年，Ｆｕｋａｓａ－ｗａ等［４４］首次将冷冻干燥工艺用于多孔氮化硅陶瓷材料的制备上，所采用模具由两部分组成：底部使用热传导良好的合金，侧壁使用氟碳聚合物材料。在试验过程中，将模具的底部沉浸在制冷剂中，顶部直接与空气接触，使浆料快速地从下到上冷冻固化，同时将粉料固定下来，然后置于低温真空环境下干燥，最终得到呈现垂直通孔的多孔氮化硅陶瓷。２０１０年，Ｆｅｎｇ Ｙｅ等［１５－１７］也做了相关研究，研究了不同固相含量和烧结温度下的烧结体性能，结果表明，随着固相含量的增大，多孔氮化硅陶瓷的孔隙率逐渐减小，而弯曲强度和断裂韧性逐渐增加；当烧结温度从１８００℃升高到１９００℃时，其对孔隙率和力学性能的影响与固相含量的影响呈同样的趋势。
冷冻干燥法可以通过控制冰晶生长的方向改变孔的排列，但是采用该方法难以得到微观结构均匀的多孔陶瓷，较大的孔径会严重影响陶瓷的力学性能，而且只适应于水系溶剂的多孔陶瓷的制备。
２．６ 凝胶注模法
凝胶注模法是２０世纪９０年代由美国橡树岭国家实验室首次提出的一种新型陶瓷成型方法［４５，４６］，该方法将高分子化学与传统陶瓷工艺融合为一体，利用浆料内部的有机单体和交联剂在引发剂的作用下发生聚合反应，从而将粉料固定，在接下来的排胶和烧结过程中排除有机物，形成气孔均匀分布、高孔隙率、高强度的多孔陶瓷。
２００４年，张雯等［１１，４７，４８］首先采用凝胶注模成型工艺制
·
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·材料导报 ２０１４年１１月第２８卷专辑２４
备出高孔隙、力学性能优异的多孔氮化硅陶瓷。在此基础上，余娟丽等［１２－１４］用凝胶注模成型工艺制备出弯曲强度大于１３０ＭＰａ、孔隙率大于５０％的高性能多孔氮化硅陶瓷，研究结果表明，单体含量越大，孔隙率越大，弯曲强度越小，单体与交联剂的比例为１５时，弯曲强度最大。２０１１年，尉磊等［２，４９］制备了孔隙率介于５２％～６８％、弯曲强度介于２５～１９３ＭＰａ的多孔氮化硅陶瓷，研究结果表明，固相含量增加、烧结温度升高、保温时间延长，多孔氮化硅陶瓷的孔隙率降低，弯曲强度增大。凝胶注模法工艺简单，能实现复杂形状和近净尺寸成型，适应性强，该技术的关键是控制干燥条件和排胶过程。目前，凝胶注模法已经获得广泛应用，在多孔陶瓷的制备上具有广阔的前景。
３ 多孔氮化硅陶瓷的性能
３．１ 孔隙率
孔隙率是固相颗粒之间的空隙体积占总体积的比例，是表征多孔陶瓷的最重要参数之一。为了制备多孔氮化硅陶瓷，一般情况下会从原材料的成分设计和陶瓷的合成制备工艺等方面来综合考虑。
（１）对于多孔氮化硅陶瓷材料来说，原材料的成分设计主要包括原始粉料的选择、固相含量、有机物含量等。制备
多孔氮化硅陶瓷所采用的基本原料均为等轴状的α－Ｓｉ
３Ｎ４
粉末，烧结助剂有很多种，但是对孔隙率的影响不大。余娟丽［１３］、尉磊等［４９］的研究表明：多孔氮化硅陶瓷材料的孔隙率与固相含量成反比，与有机单体含量成正比，并且在一定的温度范围内，与烧结温度成反比。这是因为固相含量越大，多孔氮化硅陶瓷的致密度越大，孔隙率越低；有机物含量越多，在排胶和烧结过程中形成的孔隙越多，孔隙率越大；随着
烧结温度的升高，α－Ｓｉ
３Ｎ４
转变为β－Ｓｉ
３Ｎ４
，同时细晶粒减少，粗晶粒增加，大孔隙消失，孔隙率减小。
（２）多孔氮化硅陶瓷的合成制备方法主要有：添加造孔剂法、挤压烧结法、流延法、反应烧结法、冷冻干燥法和凝胶注模法。不同的合成制备方法对多孔氮化硅陶瓷材料孔隙的影响如表３所示。由表３可以看出，添加造孔剂法、挤压烧结法和流延法制备得到的多孔氮化硅陶瓷孔隙率相对较低，而反应烧结法、冷冻干燥法和凝胶注模法制备的多孔氮化硅陶瓷孔隙率较高，在实际的应用中，要根据不同的使用环境选择不同的合成制备方法。
表３ 不同的合成制备方法对孔隙率、孔径的影响
Ｔａｂｌｅ ３ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ３Ｎ４ｃｅｒａｍｉｃｓ ｂｙ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ
合成制备方法孔隙率孔径影响
添加造孔剂法０％～５０％１０μｍ～１ｍｍ造孔剂含量越多，孔隙率越大，同时孔径尺寸较大
挤压烧结法＜３０％＞１ｍｍ由于在烧结过程中要施加一定的压力（除无压烧结），致使密度较大，孔隙率较低
流延法＜２０％－由于需要对薄膜坯片进行层压而致使孔隙率较低反应烧结法４０％～８０％０．４～１μｍ反应烧结孔隙率较高，但不易调控
冷冻干燥法３５％～８０％０．１～１００μｍ孔隙率可调，但是孔径分布不均匀，有大孔存在凝胶注模法３５％～７０％０．１～１μｍ孔隙率可调控，气孔分布均匀，孔径小
３．２ 力学性能
一般情况下，弯曲强度和断裂韧性是判断多孔氮化硅陶
瓷材料力学性能的两项重要性能指标。对于多孔氮化硅陶
瓷材料来说，影响其力学性能的主要因素是材料的孔隙率和
组织结构。
（１）材料在受力过程中，孔隙相当于缺陷，尤其是大孔
隙，会成为材料的断裂源，因此随着孔隙率的增大，多孔陶瓷
材料的弯曲强度和断裂韧性均会降低，同时，孔隙分布不均
匀会导致材料的局部快速失效，严重影响材料的力学性能。
（２）多孔氮化硅陶瓷优异的力学性能源于长棒状的β－
Ｓｉ３Ｎ４的交错搭接、相互咬合而产生自增韧作用，这种结构在
材料受力时能有效地阻止裂纹的扩展，使材料内部的微裂纹
发生弯曲、偏转，而等轴状的α－Ｓｉ
３Ｎ４不能实现自增韧强度较
低。余娟丽等［１２］的研究结果也表明：显微结构为β－Ｓｉ
３Ｎ４的
多孔氮化硅陶瓷材料的强度要比α－Ｓｉ
３Ｎ４和β－Ｓｉ
３Ｎ４
两相共
存时大大提高。
３．３ 介电性能
介电性能是评价多孔陶瓷材料的一项重要性能指标，通常用介电常数（ε）和介电损耗（ｔａｎδ）这两个参数来表示，其中
介电性能与孔隙率关系最为密切。Ｃｈｕｎｒｏｎｇ Ｚｏｕ［５０］、孙雨薇［５１］、李军奇［２２］等对多孔氮化硅陶瓷的介电性能的研究表明：介电常数和介电损耗随着孔隙率的增大而减小。另外，随着测试频率的增加，多孔氮化硅陶瓷材料的介电常数和介电损耗都会有所减小，但幅度不大。
对于多孔氮化硅陶瓷材料来说，介电常数（ε）和介电损耗（ｔａｎδ）的值越小，材料的介电性能越好，在保证力学性能的前提下增加孔隙率是要获得优异介电性能的主要途径。
４ 展望
作为一种结构功能一体化高温陶瓷，多孔氮化硅陶瓷材料有着很多传统陶瓷材料所不具备的特性，不仅有较高的力学性能，优异的介电性能，而且具有良好的抗热震性能和透波性能，是一种综合性能最好的陶瓷，被美国乔治亚技术研究所称为最有希望的天线罩材料。
虽然国内多孔氮化硅陶瓷的研究起步较晚，但是多孔氮化硅陶瓷已经引起了广大科研工作者的广泛关注，到目前为止也已经获得了一系列的科研成果，相信随着研究的深入，肯定会取得更多突破性的进展。通常情况下，多孔氮化硅陶
·
９
０
１
·
多孔氮化硅陶瓷制备方法的研究进展／王鹏举等
瓷的制备过程较复杂，工艺要求较高，大尺寸成型较困难，另外，由于制备多孔氮化硅陶瓷的成本比较昂贵，在实际应用中受到了很大的限制，因此多孔氮化硅陶瓷的大尺寸成型和经济性将会是今后的研究重点。
参考文献
１ 严友兰，余娟丽，张健，等．单体与交联剂比例对凝胶注模成型多孔氮化硅性能的影响［Ｊ］．宇航材料工艺，２０１０（２）：５９
２ 尉磊，汪长安，董薇，等．高强度多孔氮化硅陶瓷的制备及性能研究［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２０１１，４０（Ａ０１）：５４７
３ Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｚｈａｎｇ Ｇ Ｊ，Ｋｏｎｄｏ Ｎ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓＳｉ３Ｎ４ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ｒｏｄ－ｓｈａｐｅｄ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ［Ｊ］．Ｊ ＡｍＣｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００５，８８（４）：１０３０
４ 张勇，王红洁，张雯，等．高强度多孔氮化硅陶瓷的制备与研究［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００４，３３（６）：６５５
５ Ｋａｗａｉ Ｃ，Ｙａｎａｋａｗａ Ａ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃ－ｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｓｉ３Ｎ４：Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｈｉｇｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｈｉｇｈ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｆａｃｉｌｅ ｍａ－ｃｈｉｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，１９９７，８０（１０）：２７０５
６ Ｓｈｉｇｅｇａｋｉ Ｙ，Ｂｒｉｔｏ Ｍ Ｅ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔｒａｉｎ ｔｏｌｅｒａｎｔ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，１９９７，８０（２）：４９５
７ Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｏｈｊｉ Ｔ，Ｎｉｉｈａｒａ Ｋ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｙｔｔｒｉａ－ａｌｕｍｉｎａｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２０００，８３（８）：２０９４
８ Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｏｈｊｉ Ｔ，Ｋａｎｚａｋｉ Ｓ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅ－ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｏｒｏｓｉｔｙ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００２，８５（６）：１５１２
９ Ｙａｎｇ Ｊ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ ｏｎ ｍｉ－ｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉ－ｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００６，８９（１２）：３８４３
１０Ｏｈｊｉ Ｔ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２００８，４９８（１）：５
１１张雯，王红洁，张勇，等．凝胶注模成型制备纳米复合多孔氮化硅陶瓷［Ｊ］．复合材料学报，２００４，２１（５）：８
１２余娟丽，王红洁，张健，等．烧结温度对Ｓｉ３Ｎ４显微结构及性能的影响［Ｊ］．宇航材料工艺，２００９，３９（５）：４８
１３余娟丽，王红洁，张健，等．凝胶注模成型制备微多孔氮化硅陶瓷［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００９，３８（Ａ０２）：３４０
１４Ｙｕ Ｊ Ｌ，Ｗａｎｇ Ｈ Ｊ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｇｅｌｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｅｐａｒａ－ｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｂｙ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎ－ｔｅｎｔ ｏｆ ｍｏｎｏｍｅｒｓ［Ｊ］．Ｊ Ｓｏｌ－ｇｅｌ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎ，２０１０，５３（３）：５１５１５Ｙｅ Ｆ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｙ，Ｚｈａｎｇ Ｈ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅ－ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ｆｒｅｅｚｅ ｃａｓｔ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ３Ｎ４ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｕ－ｓｉｎｇ ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ ａｓ ａｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ［Ｊ］．Ｊ ＡｌｌｏｙｓＣｏｍｐｄ，２０１０，５０６（１）：４２３
１６Ｙｅ Ｆ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｙ，Ｚｈａｎｇ Ｈ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｔｅｍ－ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｈｉｇｈｌｙ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｆｒｅｅｚｅ
ｃａｓｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２０１０，５２７（２４）：６５０１
１７Ｙｅ Ｆ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｙ，Ｌｉｕ Ｌ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉ－ｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｆｒｅｅｚｅ ｃａｓｔｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ ＥｎｇＡ，２０１１，５２８（３）：１４２１
１８鲁元，杨建锋，李京龙．碳热还原－反应烧结法制备多孔氮化硅陶瓷［Ｊ］．无机材料学报，２０１３，２８（５）：４６９
１９庞学满．氮化硅基陶瓷复合材料凝胶注模成型工艺研究［Ｄ］．天津：天津大学，２００８
２０Ｄíａｚ Ａ，Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ Ｓ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉ－ｔｒｉｄｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｗｉｔｈ ｓｔａｒｃｈ［Ｊ］．Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００４，２４（２）：４１３
２１Ｊｉａｎｇ Ｇ Ｐ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｇａｏ Ｊ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｓｔａｒｃｈ ａｓ ｂｉｎｄｅｒ［Ｊ］．ＪＡｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００８，９１（１１）：３５１０
２２李军奇，罗发，等．氮化硅多孔陶瓷的制备及微波介电性能研究［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００６，３５（Ａ０２）：１７３
２３Ｙｕｅ Ｊ Ｓ，Ｄｏｎｇ Ｂ Ｃ，Ｗａｎｇ Ｈ Ｊ．Ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ３Ｎ４ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙｐｈａｓｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｂｅｎｚｏｉｃ ａｃｉｄ ａｓ ｐｏｒｅ－ｆｏｒｍｉｎｇａｇｅｎｔ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２０１１，９４（７）：１９８９
２４Ｃｈｅｎ Ｆ，Ｓｈｅｎ Ｑ，Ｙａｎ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆα－Ｓｉ３Ｎ４ｐｏｒｏｕｓ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｕｓｉｎｇ ａ Ｈ３ＰＯ４ｐｏｒｅ－ｆｏｒｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００７，９０（８）：２３７９
２５Ｆａｎｇｓｅｎ Ｌ，Ｗａｎｃｈｅｎｇ Ｚ，Ｈａｎｊｕｎ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒ－ｍａｎｃｅ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ３Ｎ４ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｏａｔｅｄ ｐｏｒｅ－ｆｏｒ－ｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｃｅｒａｍ Ｉｎｔ，２００９，３５（８）：３１６９
２６Ｌｉ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｆ，Ｌｉ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ａｒｂｉ－ｔｒａｒｙ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｒｅｎｇｔｈ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２０１０，９３（６）：１５６５
２７Ｙｉｎ Ｘ，Ｌｉ Ｘ，Ｚｈａｎｇ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｌｕ２Ｏ３－ｄｏｐｅｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓｕｓｉｎｇ ｐｈｅｎｏｌｉｃ ｒｅｓｉｎ ａｓ ｐｏｒｅ－ｆｏｒｍｉｎｇ ａｇｅｎｔ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ ＡｐｐｌＣｅｒａｍ Ｔｅｃｈｎ，２０１０，７（３）：３９１
２８Ｗａｎｇ Ｈ Ｊ，Ｙｕ Ｊ Ｌ，Ｚｈａｎｇ Ｊ Ｆ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏ－ｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ－ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｐｏｒｏｕｓ Ｓｉ３Ｎ４［Ｊ］．Ｊ ＭａｔｅｒＳｃｉ，２０１０，４５（１３）：３６７１
２９Ｋｏｓｓｏｗｓｋｙ Ｒ．Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｏｔ－ｐｒｅｓｓｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ－ｎｉ－ｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ，１９７３，８（１１）：１６０３
３０Ｋｏｓｓｏｗｓｋｙ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｔｅｎｓｉｌｅ ａｎｄ ｃｒｅｅｐ ｓｔｒｅｎｇｔｈｓ ｏｆ ｈｏｔ－ｐｒｅｓｓｅｄ Ｓｉ３Ｎ４［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ，１９７５，１０（６）：９８３
３１Ｓｉｎｇｈａｌ Ｓ Ｃ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ ｋｉｎｅｔｉｃｓ ｏｆ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆｈｏｔ－ｐｒｅｓｓｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ，１９７６，１１（３）：５００３２Ａｂｅ Ｈ，Ｈｏｔｔａ Ｔ，ｅｔ ａｌ．Ｏｒｉｇｉｎ ｏｆ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉ－ｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｗｉｔｈ ＣＩＰ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｐｏｗｄｅｒ ｃｏｍｐａｃ－ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎ，２００１，１１９（２）：１９４
３３Ｐｌｕｃｋｎｅｔｔ Ｋ Ｐ，Ｑｕｉｎｌａｎ Ｍ，Ｇａｒｒｉｄｏ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕ－ｒａｌ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｐｏｒｏｕｓ－Ｓｉ３Ｎ４ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗｖｏｌｕｍｅ ＲＥ２Ｏ３－ＭｇＯ－（ＣａＯ）ａｄｄｉｔｉｏｎｓ（ＲＥ＝Ｌａ，Ｎｄ，Ｙ，Ｙｂ）［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２００８，４８９（１）：３３７
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·材料导报 ２０１４年１１月第２８卷专辑２４
的分子筛结晶度及形貌都非常好。
３ 结论
为了合成出晶型及形貌较好的ＺＳＭ－５晶体，进行了大量实验，通过调节ＴＰＡＯＨ含量、陈化温度、投料顺序、水量以及乙醇的含量，得出的结论是当利用含有阻碍ＺＳＭ－５成核的粒子的低纯度ＴＰＡＯＨ作模板剂时，加入乙醇并调节其含量可以得到晶型较好的大晶粒ＺＳＭ－５晶体。其中乙醇和ＴＰＡＯＨ共同起到了模板作用，克服了乙醇作模板剂时结晶度不高和低纯度ＴＰＡＯＨ难以制备出ＺＳＭ－５的缺点，并且很大程度上降低了原料的价格。最优配比为ｎ［（ＴＰＡ）
２Ｏ
］∶ｎ（ＳｉＯ２）∶ｎ（Ａｌ２Ｏ３）∶ｎ（Ｈ２Ｏ）∶ｎ（ＥｔＯＨ）＝６０∶７８７∶８．６８∶１５４００∶１１８１。比单纯利用乙醇作为模板剂制备ＺＳＭ－５的晶化速度快，而且结晶度较高。
参考文献
１ Ｋｏｋｏｔａｉｌｏ Ｇ Ｔ，Ｌａｗｔｏｎ Ｓ Ｌ，Ｏｌｓｏｎ Ｄ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｚｅｏｌｉｔｅ ＺＳＭ－５［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７８，２７２：４３７
２ Ｄａｓ Ｊ，Ｂｈａｒｄｗａｊ Ｂ，Ｂｈａｒｄｗａｊ Ａ，ｅｔ ａｌ．Ｄｉｓｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｔｉｏｎｏｆ ｔｏｌｕｅｎｅ ｏｖｅｒ ＨＺＳＭ－５ｚｅｏｌｉｔｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｃａｔａｌ，１９８３，８（３）：３５９
３ Ａｒｇａｕｅｒ Ｒ Ｊ，Ｌａｎｄｏｌｔ Ｇ Ｒ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｚｅｏｌｉｔｅ ＺＳＭ－５：
ＵＳ，３７０２８６６［Ｐ］．２００５
４ Ｃｈｅｎ Ｎ Ｙ，Ｋａｅｄｉｎｇ Ｗ Ｗ，Ｄｗｙｅｒ Ｆ Ｇ．Ｐａｒａ－ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｒｏ－ｍａｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｏｖｅｒ ｓｈａｐｅ－ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｉｅｖｅ ｚｅｏｌｉｔｅｃａｔａｌｙｓｔｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｈｅｍ Ｓｏｃ，１９７９，１０１（２０－２２）：６７８３
５ 曾昭槐，王炽瑜．大晶ＺＳＭ－５沸石的合成及其对甲苯甲基化的择形催化作用［Ｊ］．石油化工，１９８３，７（１２）：３８９
６ 龙英才．ＺＳＭ－５沸石大单晶的生长［Ｊ］．高等学校化学学报，１９８２（２）：２７５
７ 张领辉，李再婷，叶忆芳．不同晶粒大小ＺＳＭ－５的合成和表征［Ｊ］．石油化工，１９９４（６）：４６８
８ 刘春英，柳云骐，赵环宇，等．采用不同模板剂控制合成较大晶粒的ＺＳＭ－５分子筛［Ｊ］．工业催化，２００５，１３（１０）：５６
９ ＲｏｌＩｍａｎｎ Ｌ Ｄ，Ｖａｌｙｏｃｓｉｋ Ｅ Ｗ．Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｔｒｅａｍ ｐｒｅｐａｒａ－ｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｚｏｌｉｔｅｓ：ＥＰ ２１６７５［Ｐ］．２００８
１０Ｐｈａｉｒａｔ Ｐｈｉｒｙａｗｉｒｕｔ，Ｒａｔｈａｎａ ｗａｎ Ｍａｇａｒａｐｈａｎ，ＡｌｅｘａｎｄｅｒＭ Ｊａｍｉｅｓｏｎ，ｅｔ ａｌ．ＭＦＩ ｚｅｏｌｉｔｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｆｒｏｍ ｓｉｌａ－ｔｒａｎｅ ｖｉａ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．ＭａｔｅｒＳｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２００３，３６１（１－２）：１４７
１１宋天佑，徐如人．ＺＳＭ－５型沸石分子筛生成中的模板效应［Ｊ］．石油学报：石油加工，１９８５，１（２）：２７
１２中国科学院大连化学物理研究所分子筛组．沸石分子筛［Ｍ］．北京：科学出版社，
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸
１９７８
（上接第１１０页）
３４ＫｏｖａｌｃˇＫｏｖ Ａ，Ｂａｌｋｏ Ｊ，Ｂａｌ ｚｓｉ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈＢＮｃｏｎｔｅｎｔ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｉ３Ｎ４／ＢＮ ｃｅｒａｍｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２０１４，３４：３３１９
３５Ｋｏｎｄｏ Ｎ，Ｓｕｚｕｋｉ Ｙ，Ｏｈｊｉ Ｔ．Ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎｎｉｔｒｉｄｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒ－ｆｏｒｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｊ Ｍａ－ｔｅｒ Ｒｅｓ，２００１，１６（１）：３２
３６Ｋｏｎｄｏ Ｎ，Ｉｎａｇａｋｉ Ｙ，Ｓｕｚｕｋｉ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｐａｒｔｉａｌ ｓｉｎｔｅｒ－ｆｏｒｇｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２００２，３３５（１）：２６
３７Ｉｎａｇａｋｉ Ｙ，Ｋｏｎｄｏ Ｎ，Ｏｈｊｉ Ｔ．Ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌ－ｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｅｕｒ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００２，２２（１４）：２４８９
３８Ｉｎａｇａｋｉ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ａｎ ａｌｉｇｎｅｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉ－ｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２０００，８３（７）：１８０７
３９Ｓｈｅ Ｊ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｊａｙａｓｅｅｌａｎ Ｄ Ｄ，ｅｔ ａｌ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｓｈｏｃｋ ｂｅ－ｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ａｎｄ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００３，８６（４）：７３８
４０Ｚｅｎｇ Ｙ Ｐ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｋｏｎｄｏ Ｎ，ｅｔ ａｌ．Ｆｒａｃｔｕｒｅ ｅｎｅｒｇｉｅｓ ｏｆｔａｐｅ－ｃａｓｔ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｗｉｔｈβ－Ｓｉ３Ｎ４ｓｅｅｄ ａｄｄｉｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＡｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００５，８８（６）：１６２２
４１Ｃａｎｏ Ｉ Ｇ，Ｂｏｒｏｖｉｎｓｋａｙａ Ｉ Ｐ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏ－ｒｏｓｉｔｙ ｏｎ ｓｅｌｆ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｓｉｌｉ－ｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００２，８５（９）：２２０９
４２Ｃｈｅｎ Ｄ，ｅｔ ａｌ．Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉ－
ｔｒｉｄｅ ｐｏｒｏｕｓ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｃｅｒａｍ Ｉｎｔ，２００３，２９（４）：３６３
４３Ｓｈａｎ Ｓ Ｙ，Ｙａｎｇ Ｊ Ｆ，Ｇａｏ Ｊ Ｑ，ｅｔ ａｌ．Ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ－ｎｉｔｒｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｉｌｉｃａ［Ｊ］．ＪＡｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００５，８８（９）：２５９４
４４Ｆｕｋａｓａｗａ Ｔ，ｅｔ ａｌ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｐｏ－ｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｗｉｔｈｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｌｙ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｕｓｉｎｇ ｆｒｅｅｚｅ－ｄｒｙｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ，２００２，８５（９）：２１５１
４５Ｏｍａｔｅｔｅ Ｏ Ｏ，Ｊａｎｎｅｙ Ｍ Ａ，Ｓｔｒｅｈｌｏｗ Ｒ Ａ．Ｇｅｌｃａｓｔｉｎｇ：Ａｎｅｗ ｃｅｒａｍｉｃ ｆｏｒｍｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ａｍ Ｃｅｒａｍ Ｓｏｃ Ｂｕｌｌ，１９９１，７０（１０）：１６４１
４６Ｊａｎｎｅｙ Ｍ Ａ，Ｏｍａｔｅｔｅ Ｏ Ｏ．Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｍｏｌｄｉｎｇ ｃｅｒａｍｉｃｐｏｗｄｅｒｓ ｕｓｉｎｇ ａ ｗａｔｅｒ－ｂａｓｅｄ ｇｅｌ ｃａｓｔｉｎｇ：ＵＳ０５０２８３６２６［Ｐ］．１９９１
４７Ｚｈａｎｇ Ｗ，Ｗａｎｇ Ｈ，Ｊｉｎ Ｚ．Ｇｅｌ ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｃａｒｂｉｄｅ／ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｌｅｔｔ，２００５，５９（２）：２５０
４８张雯，王红洁，张勇，等．凝胶注模工艺制备高强度多孔氮化硅陶瓷［Ｊ］．无机材料学报，２００４，１９（４）：７４３
４９尉磊，汪长安，魏乔苑，等．固相含量对多孔Ｓｉ３Ｎ４显微结构及性能的影响［Ｊ］．硅酸盐学报，２０１１，３９（７）：１１９７
５０Ｚｏｕ Ｃ Ｒ，Ｚｈａｎｇ Ｃ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏ－ｐｅｒｔｉｅｓｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ ｃｅｒａｍｉｃｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｇｅｌ－ｃａｓ－ｔｉｎｇａｎｄ ｇａｓ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ，２０１３，４４：１１４５１孙雨薇，王树彬，张健．ＣＢＳ涂层对多孔氮化硅高温高频介电性能的影响［Ｊ］．材料工程，２０１１（２）：４２
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１
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大晶粒ＺＳＭ－５的合成／刘世奇等
功能陶瓷材料研究进展综述
功能陶瓷材料的应用 研究 姓名：刘军堂___________ 学号: 23122837________ 班级: 机械1201_________ 任课老师：张志坚__________
功能陶瓷材料的应用研究 1.选择一个课题进行相关检索，要求对课题作简要分析，并在分析的基础上确定检索词，准确描述检索过程。（10分）（可选择其他课程中以论文方式考核的科目，如无此类题目，可自选或用备选题目） 功能陶瓷 功能陶瓷材料是具有特殊优越性能的新型材料，各国在基础与应用研究以及工程化方面，均给予了特殊重视，特别是在信息、国防、现代交通与能源产业中均将其置于重要地位。根据功能陶瓷材料的应用前景，本文介绍了功能陶瓷新材料的性能、应用范围，市场的开发应用现状和开发应用新领域，以及正在研发的高性能陶瓷材料；同时介绍了功能陶瓷材料今后的发展趋势。 关键词：功能陶瓷材料；应用现状；趋势 检索过程 第一步：进入“中国知网”主页，网址是“https://www.wendangku.net/doc/8d10379715.html, 第三步：登录成功后会进入操作界面， 第四步：选择要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按自己的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。
浅谈多孔陶瓷
浅谈多孔陶瓷 08 化本黄振蕾080900029 摘要：随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现，多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大，目前其应用已遍及环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域，引起了全球材料学 关键词：多孔陶瓷制备应用发展 0. 引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的 比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料 和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1 多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm 的规格。 美国与日本已研制出了600孔/ 2. 54 cm X 2. 54 cm、900孔/ 2.54 cm X 2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm X2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型 的多孔陶瓷。其工艺流程为：原料合成+水+有机添加剂T混合练混T挤出成型T干燥T 烧成T制品。这种工艺的优点在于，可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计；缺点 是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4]。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒，利用微细颗粒易于烧结的特点，在高温下液化，从而使骨料连接起来。骨料粒径越大，形成的多孔陶瓷平均孔径就越大，并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀，产生的气孔分布也越均匀，孔径分布也越小。另外，添加剂的含量和种类，以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如 Yang 等[ 5] 用Yb2O3作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷，通过加入Yb2O3后，使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀，经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外，孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制，制品的孔隙率一般为20%~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂，高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单，制备强度高；不足之处在于气孔率低。
透明陶瓷的研究现状与发展展望_刘军芳
文章编号:1000-2278(2002)04-0246-05 透明陶瓷的研究现状与发展展望 刘军芳 傅正义 张东明 张金咏 (武汉理工大学) 摘 要 简要地论述了国内外对透明陶瓷的研究现状,重点介绍了透明陶瓷制备中出现的新方法和新工艺,探讨了气孔和晶界组织结构等因素对透明陶瓷的透光性能的影响,并对透明陶瓷研究的发展提出了自己的看法。关键词:透明陶瓷,制备工艺,气孔率 中图法分类号:TQ174.75+8 文献标识码:A THE RESEARCH SITUATION AND DEVELOPMENT PROSPECT OF TRANSPARENT CERAMICS Liu Jun f ang Fu Zhenyi Zhang Dongming Zhang Jinyong (Wuhan University of Science and Technology) Abstract THe current research situation for transparent ceramics was introduced.It mainly focused on the new method and new technology appeared in the transparent cera mics preparing.Meanwhile it simply discussed the effect of pores and grain boundary organization structure on the transmittance of transparent ceramics,and at the same time the author present her own opinion.Keywords transparent cera mics,prepara tion technics,porosity 1 前 言 自1962年R.L.C oble 首次报导成功地制备了透 明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用112 。近38年来,世界上许多国家,尤其是美国、日本、英国、俄罗斯、法国等对透明陶瓷材料作了大量的研究工作,先 后开发出了Al 2O 3、Y 2O 3、MgO 、CaO 、TiO 2、ThO 2、ZrO 2等 氧化物透明陶瓷以及Al N 、ZnS 、ZnSe 、MgF 2、CaF 2等非氧化物透明陶瓷 12-32 。 2 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下 条件142 :(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小;(5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方 收稿日期:2002-03-06 作者简介:刘军芳,武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室,430070 第23卷第4期 2002年12月 陶瓷学报 JOURNAL OF CERAMICS Vol.23,No.4Dec.2002
现代陶瓷研究进展
材料与化工学院 2012级材料科学与工程二班 课程作业：无机非金属材料工艺学学生姓名：刘健 学生学号： 授课老师：
目录 1.传统陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.新型陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------------3 2.1生物陶瓷材料------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1.1生物陶瓷研究背景------------------------------------------------------------------------------4 2.1.2生物陶瓷研究的一些成果---------------------------------------------------------------------4 2.1.3生物陶瓷在国外的研究动态和发展趋势-------------------------------------------------4 2.1.4我国生物陶瓷材料研究设想与展望--------------------------------------------------------5 2.2高温压电陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------------5 2.2.1改性钛酸铅压电陶瓷----------------------------------------------------------------------------5 2.2.2 PZT基多元系压电陶瓷--------------------------------------------------------------------------6 2.3超级亲水易洁陶瓷材料-------------------------------------------------------------------------------6 2.4热障涂层陶瓷材料--------------------------------------------------------------------------------------7 2.4.1几类热障陶瓷涂料研究近况-------------------------------------------------------------------7 2.4.1.1氧化物稳定的ZrO2---------------------------------------------------------------------------7 2.4.1.2焦绿石或萤石结构A2B2O7陶瓷----------------------------------------------------------7 2.4.2需要达到的目标------------------------------------------------------------------------------------8 3.结语----------------------------------------------------------------------------------------------------------------8
浅谈多孔陶瓷
浅谈多孔陶瓷 08化本黄振蕾080900029 摘要：随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现,多孔陶瓷的应用领域与应用范围也在不断扩大,目前其应用已遍及环保、节 能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域,引起了全球材料学科的高度关注。 关键词：多孔陶瓷制备应用发展 0.引言 多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通, 并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷的种类很多, 可以分为三类: 粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷[ 1]。多孔陶瓷由于均匀分布的微孔和孔洞、孔隙率较高、体积密度小, 还具有发达的比表面, 陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学和尺寸稳定性, 使多孔材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、保温材料、生物殖入材料, 特种墙体材料和传感器材料等方面得到广泛的应用[ 2]。因此, 多孔陶瓷材料及其制备技术受到广泛关注。 1多孔陶瓷材料的制备方法 1. 1 挤压成型法 挤压是一种塑性变形工艺, 可分为热挤压和冷挤压。一般是在压力机上完成, 使工件产生塑性变形, 达到所需形状的一种工艺方法。其过程是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成形, 经过烧结后就可以得到典型的多孔陶瓷。目前, 我国已研制出并生产使用蜂窝陶瓷挤出成型模具达到了400 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm 的规格。美国与日本已研制出了600 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm、900 孔/ 2.54 cm ×2. 54 cm 的高孔密度、超薄壁型蜂窝陶瓷。我国亦开始了600 孔/ 2. 54 cm ×2. 54 cm 挤出成型模具的研究, 并取得了初步成功[ 3]。例如, 现在用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷, 它是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型, 经过烧结后得到典型的多孔陶瓷。其工艺流程为: 原料合成+ 水+ 有机添加剂→混合练混→挤出成型→干燥→烧成→制品。这种工艺的优点在于, 可根据实际需要对孔形状和大小进行精确设计; 缺点是不能成型复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料, 同时对挤出物料的塑性有较高要求[ 4] 。 1. 2 颗粒堆积成孔工艺法 颗粒堆积工艺是在骨料中加入相同组分的微细颗粒, 利用微细颗粒易于烧结的特点, 在高温下液化, 从而使骨料连接起来。骨料粒径越大, 形成的多孔陶瓷平均孔径就越大, 并呈线性关系。骨料颗粒尺寸越均匀, 产生的气孔分布也越均匀, 孔径分布也越小。另外, 添加剂的含量和种类, 以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小也有直接关系。如Yang 等[ 5]用Yb2O3 作为助剂制备了多孔氮化硅陶瓷, 通过加入Yb2O3 后, 使氮化硅微孔陶瓷孔的分布更加均匀, 经烧结后使孔隙率达到很好的要求。另外, 孔隙率可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制, 制品的孔隙率一般为20% ~ 30% 。若在原料中加入碳粉、木屑、淀粉、塑料等成孔剂, 高温下使其挥发可将整体孔隙率提高至75% 左右[ 6]。主要优点在于工艺简单, 制备强度高; 不足之处在于气孔率低。
多孔陶瓷材料的制备技术
第14卷第3期Vol.14No.3 材 料 科 学 与 工 程 Materials Science&Engineering 总第55期 Sept.1996多孔陶瓷材料的制备技术 朱时珍 赵振波 北京理工大学 北京 100081 刘庆国 北京科技大学 北京 100083 【摘 要】 本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状,对目前研究比较活跃,应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并讨论了今后的发展趋势。 【关键词】 多孔陶瓷 制备 造孔剂 泡沫浸渍 Techniques For Preparation of Porous Ceramic Materials Zhu Shizhen Zhao Zhenbo Beij ing Institute of Technology Beijing 100081 Liu Qingguo Beij ing University of Science and Technology Beij ing 100083【Abstr act】 T he r ecent status of techniques for prepar ation of por ous ceramic mater ials was re-viewed.Var ious t echniques for pr epar ation of por ous cer amic mater ials resear ched mor e actively and ap-plied more successfully wer e analyzed,and the future development tr ends were discussed. 【Key wor ds】 Porous cer amics,F abr ication,P or e-form ing mat er ials,F oam impregna tion 一、前 言 近年来表面与界面起突出作用的新型材料日益受到重视,既发现一些新的物理现象和效应,在应用上又很有潜力,具有广泛的发展前景[1]。多孔陶瓷材料正是一种利用物理表面的新型材料。例如,利用多孔陶瓷的均匀透过性,可以制造各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件和节流元件等;利用多孔陶瓷发达的比表面积,可以制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等;利用多孔陶瓷吸收能量的性能,可以用作各种吸音材料、减震材料等;利用多孔陶瓷低的密度、低的热传导性能,还可以制成各种保温材料、轻质结构材料等[2],加之其耐高温、耐气候性、抗腐蚀,多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门,引起了全球材料学界的高度重视,并得到了较快发展,每年这方面的专利都有近百篇,而且有逐年增长的趋势。但由于绝大多数制备工艺参数及关键问题处于技术保密状态,目前尚无系统论述各种制备技术的文章,本文结合作者研制用于高温固体氧化物燃料电池的多孔A l2O3陶瓷支持管(体)的研究工作,分析了多孔陶瓷材料制备技术的现状及今后的发展趋势。 ? 33 ?
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展
透明氧化铝陶瓷制备的研究进展 关键词：透明氧化铝，透光率，烧结助剂，烧结工艺 1引言 透明氧化铝陶瓷最早是由美国Coble博士发明的，他通过在Al2O3中添加0．25wt% MgO，于1700～1800℃氢气气氛下烧结出呈半透明的氧化铝陶瓷，从此开创了透明氧化铝陶瓷研究和应用的新篇章［1］。经过半个世纪的不懈努力和研究，科研工作者发现，通过提高氧化铝的纯度、致密度以及合理的调控显
微结构，可以显著提高氧化铝陶瓷的透光性。 随着研究的不断开展，制备氧化铝陶瓷的烧结助剂得到了极大地扩展，除了MgO，一些稀土氧化物（如Y2O3、La2O3、ZrO2等）同样可以作为氧化铝陶瓷的烧结助剂，并且采用复合添加剂的效果优于单独使用MgO。关于添加剂的引入方式，谢志鹏等［2］提出了化学沉淀包覆工艺，在1800℃氢气气氛下烧结，制备了透明氧化铝陶瓷。与传统的球磨工艺相比，该方法能够实现添加剂在氧化铝基体中的均匀分布，从而大大提高了陶瓷的透光性。 关于透明氧化铝陶瓷的烧结技术，最近的研究工作表明，采用热等静压（HIP）、放电等离子（SPS）等特种烧结工艺可以制备出亚微米晶的高性能透明氧化铝陶瓷。例如，Jin等［3］采用SPS工艺，于1250～1350℃，80MPa压力下烧结，制备了晶粒尺寸小于1μm，直线透光率为53%的透明陶瓷。由于晶粒细小，其机械强度也非常优异。 此外，Mao等［4］就氧化铝晶粒光轴取向对透光性的影响进行了研究，他们通过在强磁场条件下进行透明Al2O3陶瓷浆料的注浆成型，使烧结后的Al2O3陶瓷晶粒光轴趋于一致，从而减少六方晶系Al2O3陶瓷因双折射率不同带来的光损失，显著提高透明Al2O3陶瓷的透过率。下面就影响氧化铝陶瓷透光性的各种因素，以及氧化铝粉体选择、烧结助剂及作用、烧结工艺及透明氧化铝陶瓷的应用进行综述。 2影响氧化铝陶瓷透明性的因素 2.1.1气孔 对透明陶瓷透光性能影响最大的因素是气孔率，又包括气孔尺寸、数量、种类。普通陶瓷即使具有高的密度，往往也不是透明的，这是因为其中有很多封闭气孔，并且当陶瓷内部的气孔率大于1%时，陶瓷就基本不再透明。有实验
多孔陶瓷的结构及性能
多孔陶瓷的结构性能及应用 摘要：本文综合论述多孔陶瓷的结构、组成、性能并围绕其在能源与环保领域的应用展开介绍，体现其作为一种绿色环保材料的重要意义和应用价值。 关键词：多孔陶瓷；结构；组成；性能；应用；能源；绿色 前言： 当今世界，工农业的发展导致了能源的大量消耗和环境的恶化，解决能源和环境问题已刻不容缓。人们越来越关注可持续发展的问题，世界各国都对这一问题予以充分重视，并将其作为重要内容列入国家发展计划。煤炭、石油和天然气等大量不可再生能源的消耗使得人们不得不考虑如何节能以及如何寻找新的替代能源？而由于污染带来的各种生态环境破坏，对自然的和谐发展和人类健康带来了空前的挑战。因此，在二十一世纪，着眼于解决能源与环境问题的高新技术将得到广泛关注，并将对自然和社会的良性发展起到重要作用。 正文： 一、什么是多孔体陶瓷 多孔陶瓷是一种含有气孔的固体材料，一般来说，气孔在多孔陶瓷体中所占的体积分数在20％到95％之间。根据气孔的类型，可以分为开气孔和闭气孔两种，前者的气孔都是相互贯通的并与外界环境相连，而后者则是封闭在陶瓷体内的孤立气孔，在不同的场合中它们分别有不同的用途。
根据应用的目的不同，多孔陶瓷材料的组成也不同，具体包括氧化铝、堇青石、莫来石、海泡石、碳化硅、氧化锆、羟基磷灰石等等。为了获得一定形状和结构的多孔陶瓷材料，制备工艺过程起到了决定作用。目前，主要的几种多孔陶瓷制备工艺包括发泡工艺、挤出成型工艺以及有机泡沫浸渍工艺，这三种工艺制得的多孔制品分别被形象地称为泡沫多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷和网眼多孔陶瓷。 由于其本身具有的独特性能，多孔陶瓷已经在我们的日常生活和现代工业生产中得到广泛的应用，包括分离与过滤、催化剂及其载体、生物反应器、燃料电池材料、气体传感器、隔热材料、热交换器、生物医学材料等等。能源和环境问题是社会健康和谐发展的永恒主题，多孔陶瓷在这些领域的广泛应用将产生不可估量的经济和社会效益。 二、多孔陶瓷的结构及其性能 多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而具有热导率低、体积密度小、比表面积高，以及具有独特物理和化学性能的表面结构等优点，加之陶瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等特点，使多孔陶瓷在能源和环境领域有广泛的应用，具体体现在以下各个方面：1．消声器。在城市生活中，噪音是一种重要的污染。走在城市的街道上，可以听到来自于汽车排气管、飞机飞行以及空调压缩机工作等造成的各种让人心烦的噪声，而这一切其实都可以通过应用多孔陶瓷得以缓解，甚至消除。多孔陶瓷具有丰富的孔隙，当声波传播到多孔陶瓷上时，在网状的孔隙内引起空气的振动，进而通过空气与多
2010.氧化钇透明陶瓷的研究进展_靳玲玲
沈宗洋等： (Na, K)NbO3基无铅压电陶瓷的研究进展· 521 · 第38卷第3期 氧化钇透明陶瓷的研究进展 靳玲玲1，蒋志君2，章健1，王士维1 (1. 中国科学院上海硅酸盐研究所，上海 200050；2. 科技部高技术研究发展中心，北京 100044) 摘要：Y2O3为立方结构，熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽，声子能量低，易实现稀土离子的掺杂。Y2O3透明陶瓷在高温窗口，红外头罩，发光介质(闪烁、激光和上转换发光)及半导体行业具有潜在应用价值，有些已获得实际应用。结合研究结果，本文重点介绍Y2O3透明陶瓷制备工艺的研究进展，综合评述Y2O3透明陶瓷在高压气体放电灯灯管、窗口材料、闪烁陶瓷、激光陶瓷、上转换发光等应用领域方面的研究，并对国内Y2O3透明陶瓷的研发提出看法。 关键词：氧化钇；透明陶瓷；制备工艺；稀土掺杂；综合评述 中图分类号：O61 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2010)03–0521–06 RESEARCH PROGRESS OF YTTRIA TRANSPARENT CERAMICS JIN Lingling1，JIANG Zhijun2，ZHANG Jian1，WANG Shiwei1 (1. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050; 2.The High Technology Research and Development Center, The Ministry of Science and Technology, Beijing 100044, China) Abstract: Because of the high melting point, chemical stability, high transmittance from ultraviolet rays to middle infra-red, and low phonon energy, yttria is a promising material for high temperature windows, infrared domes, optical matrix for scintillation, laser output and upconversion, and components of semiconductor devices. In this paper, the preparation process of yttria transparent ce-ramics and luminescence of the yttria transparent ceramics doped with rare earth elements are discussed in detail. And the applications in high-pressure gas discharge lamp, windows, scintillation ceramics, laser ceramics, upconversion luminescence, and so on are re-viewed. Finally, the views on the research of yttria transparent ceramics are put forward. Key words: yttria; transparent ceramics; preparation technology; rare-earth element doping; review 室温下，Y2O3为稳定的c型立方结构, 晶格常数为1.060nm, 空间群为T h7。每个单胞中包含32个Y3+和48个O2–。Y离子格位存在两种不同的晶格环境，有8个高对称性的S6(即C3i)格位和24个低对称性的C2格位。两种不同Y格位的配位数均为6。 Y2O3的物理化学性质的主要特点是： 1) 熔点高，化学和光化学稳定性好，光学透明性范围较宽(0.23～8.0μm)； 2) 在1050nm处，其折射率高达1.89，使其具有80%以上的理论透过率； 3) Y2O3具有足以容纳大多数三价稀土离子发射能级的、较大的导带到价带的带隙，可以通过稀土离子的掺杂，实现发光性能的有效裁剪，从而实现其应用的多功能化； 4) 声子能量低，其最大声子截止频率大约为550cm–1，低的声子能量可以抑制无辐射跃迁的几率，提高辐射跃迁的几率，从而提高发光量子效率；[1] 5) 热导率高，约为13.6W/(m·K)，高的热导率对其作为固体激光介质材料极为重要。[2] 上述特性使Y2O3透明陶瓷在高温窗口、红外探测、发光介质、半导体行业具有潜在应用价值。本 收稿日期：2009–06–16。修改稿收到日期：2009–08–08。基金项目：国家“863”计划(2006AA03Z535)资助项目。 第一作者：靳玲玲(1983—)，女，博士研究生。 通信作者：王士维(1964—)，男，博士，教授。Received date:2009–06–16. Approved date: 2009–08–08. First author: JIN Lingling (1983–), female, postgraduate student for doctor degree. E-mail: lljin@https://www.wendangku.net/doc/8d10379715.html, Correspondent author: WANG Shiwei (1964–), male, Doctor, professor. E-mail: swwang51@https://www.wendangku.net/doc/8d10379715.html, 第38卷第3期2010年3月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 38，No. 3 March，2010 DOI:10.14062/j.issn.0454-5648.2010.03.010
特种陶瓷材料的研究进展[1]
文章编号：1006-2874（2010）05-0071-04 特种陶瓷材料的研究进展 葛伟青 （唐山学院，唐山：０６３０００） 中图分类号：ＴＱ１７４．７５文献标识码：Ａ 特种陶瓷也称为先进陶瓷、现代陶瓷、新型陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷和精细陶瓷,突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限,主要以氧化物、炭化物、氮化物、硅化物等为主要原料,有时还可以与金属进行复合形成陶瓷金属复合材料,是一种采用现代材料工艺制备的、具有独特和优异性能的陶瓷材料。已成为现代高性能复合材料的一个研究热点。特种陶瓷于二十世纪发展起来，在近二、三十年内，新产品不断涌现，在现代工业技术，特别是在高技术、新技术领域中的地位日趋重要。许多科学家预言：特种陶瓷在二十一世纪的科学技术发展中，必将占据十分重要的地位。 特种陶瓷不同的化学组成和组织结构决定了它不同的特殊性质和功能，可作为工程结构材料和功能材料应用于机械、电子、化工、冶炼、能源、医学、激光、核反应、宇航等领域。一些经济发达国家，特别是日本、美国和西欧国家，为了加速新技术革命，为新型产业的发展奠定物质基础，投入大量人力、物力和财力研究开发特种陶瓷，因此，特种陶瓷的发展十分迅速，在技术上也有很大突破。 １概述 特种陶瓷通常包括结构陶瓷、功能陶瓷(电子陶瓷)和生物陶瓷等.结构陶瓷具有高强度、高硬度、高耐磨、耐高温、耐腐蚀等特性,功能陶瓷具有导电、半导性、绝缘、压电、透光、光电、电光、声光、磁光等性能,生物陶瓷具有医疗(人工关节.骨、牙齿等)和催化等功能,在现代工业技术,特别是在高新技术领域中的地位日趋重要。 中国科学院上海硅酸盐研究所所长罗宏杰在佛山市加快发展特种陶瓷推介会上发言说，特种陶瓷具备传统陶瓷不具备的多种特性，消耗低、利润高，应用前景十分广阔。预计2010年全国的市场规模将达到400亿元。世界的市场规模将达到1500亿美元。中国经济的高速发展,将为特种陶瓷制造业提供广阔的市场与发展空间。 目前,高温结构陶瓷研究的主要目标仍然是燃气轮机、活塞发动机和磁流体发电机用的材料。高温结构陶瓷的应用在汽车、飞机、火箭等领域获得了成功。福特公司研制的汽车用轮机的机头、定子和叶轮都是用氮化硅制作的,热交换器是用蜂窝状结构的结晶化玻璃制成的。超音速飞机发动机和火箭燃烧室内壁、隔热衬层等高温部位都利用到了陶瓷材料。美国研制成功了AGT100和AGT101型全陶瓷汽车发动机,其进口温度分别达到了1290℃和1370℃,比超合金高200 ~260℃。 ２粉末制备技术进展情况 目前最引人注目的粉末制备技术是超高温技术。利用超高温技术可廉价地研制特种陶瓷。 超高温技术具有如下优点：能生产出用以往方法所不能生产的物质，能够获得纯度极高的物质，生产率会大幅度提高，可使作业程序简化、易行。目前，在超高温技术方面居领先地位的是日本。此外，溶解法制备粉末、化学气相沉积法制备陶瓷粉末、溶胶-凝胶法生产莫来石超细粉末以及等离子体气相反应法等也引起了人们的关注。 ３特种陶瓷成形方法及特点 ３．１干法成型 干法成型包括钢模压制成型、等静压成型、超高压成型、粉末电磁成型等方法。 3.1.1钢模压制成型（干压法） 将含有少量增塑剂、具有一定粒度配比的陶瓷粉末放在金属模内,在压机上受压,使之密实成型。钢模压制的优点是易于实现自动化,所以在工业生产中得到较大的应用。 3.1.2等静压成型 等静压成型是通过施加各项同性压力而使粉料一边压缩一边成型的方法。等静压力可达300MPa左右。在常温下成型时称为冷等静压成型,在几百摄氏度到2000℃温区内成型时称为热等静压成型。等静压有两种方式:干袋法和湿袋法。湿袋法是将粉末或颗粒密封于成型橡胶模型内,置于高压容器 收稿日期：2010-04-15 通讯联系人：葛伟青，E-mail:hbtsgwq@https://www.wendangku.net/doc/8d10379715.html, ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＯｃｔ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．５ 中国陶瓷工业 ２０１０年１０月第１７卷第５期
多孔陶瓷吸声板
多孔陶瓷吸声板 摘要：伴随社会的高速发展，噪声似乎已成为我们日常生活中的一大梦魇，走在城市的街道上，可以听到来自汽车排气管、飞机飞行以及空调压缩机工作等产生的各种让人心生厌恶的噪声，为了能够拥有一个相对更加安静的生活工作环境，我们可以应用多孔陶瓷吸音的性能制成吸声板，最大程度上解决生产生活中的噪声污染问题以达到低碳的最终目的，充分体现了多孔陶瓷作为一种绿色环保材料的重要意义和应用价值。 关键词：多孔陶瓷；结构；性能；吸音；强度；低碳 前言：多孔陶瓷又称为气孔功能陶瓷,是指具有一定尺寸和数量的孔隙结构的新型陶瓷材料。在材料成形与高温烧结过程中,内部形成大量彼此相通或闭合的气孔。多孔陶瓷用作吸声材料目前已非空白，多墙面材料，运输工具外壳体，尤其应用于地铁，影院，博物馆等防火要求较高的场所。现有的大都是蜂窝泡沫陶瓷吸声板，这种材料有很好的吸音效果，尤其以天然菱镁矿粉为原料烧烤而成的多孔质吸声板材料不会释放甲醇和其它对人体有害的气体，经实验证明，这种材料最终可以作为肥料使用，是建设部推荐使用的绿色环保材料。但是，多孔陶瓷为了保证一定的气孔率，相应强度会变差。气孔率与强度的折中问题是目前的一大空白。生产高吸音性同时高强度的多孔陶瓷正是我们要研究的新方向，应用于生产将会产生不可估量的经济和社会效益。 正文： 1.多孔陶瓷吸声板吸声机理 在日常生活中噪声是一种污染，各种令人生厌的噪音可以通过多孔陶瓷吸声板的应用得以缓解，甚至消除。 1.1 吸声机理介绍 声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波，并在空气介质中向四周传播。当声波遇到材料表面时，一部分被反射，另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力，其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。这些被吸收的能量(E)（包括部分穿透材料的声能在内）与传递给材料的全部声能（E0）之比，是评定材料吸声性能好坏的主要指标，称为吸声系数（α），用公式表示为 α= E0/E
多孔陶瓷的制备及性能分析
第一章综述 1.1 多孔陶瓷的概述 多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。 多孔陶瓷的种类繁多，几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。根据所选材质不同，可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。 多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05～600μm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。 多孔陶瓷的优良性能，使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。如利用多孔陶瓷比表面积高的特性，可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等；利用多孔陶瓷吸收能量的性能，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷
的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。 1.2 多孔陶瓷的制备方法 多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。 多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。 1.2.1挤压成型工艺 本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。此外,也可以 在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最
陶瓷材料科学论文
学号： 1004230213 专业素质教育 2012 ~ 2013 学年秋季学期 学院：材料学院 专业班级：无机10—02班 姓名：宋海彬 透明陶瓷的研究现状与发展展望 摘要:陶瓷具有广大的发展前景，透明陶瓷以其优异的综合性能已成为一种新型的、备受瞩目的功能材料。综述了透明陶瓷的分类，探讨了透明陶瓷的制备工艺，并展望了透明陶的应用前景。 关键词:性能透明材料前景组成陶瓷透光性制备工艺应用 前言:1962年RLC首次报导成功地制备了透明氧化铝陶瓷材料以来,为陶瓷材料开辟了新的应用领域。这种材料不仅具有较好的透明性,且耐腐蚀,能在高温高压下工作,还有许多其他材料无可比拟的性质,如强度高、介电性能优良、低电导率、高热导性等,所以逐渐在照明技术、光学、特种仪器制造、无线电子技术及高温技术等领域获得日益广泛的应用。 透明陶瓷的分类 透明陶瓷材料主要分为氧化物透明陶瓷和非氧化物透明陶瓷两类。 1氧化物透明陶瓷
对氧化物透明陶瓷的研究早于对非氧化物透明陶瓷的究，其制备工艺也相对成熟。到目前为止，已经先后研发出了多种材料:Be()、ScZ()3、Ti认、ZK):、Ca(〕、Th(矢、A12()3仁5·6〕、Mg()、AI()NL，」、YZ03[8·”〕、稀土元素氧化物、忆铝石榴石(3Y203·SA12()。)仁’0，”】、铝镁尖晶石(Mg()·A一2()。)〔’2，’3]和透明铁电陶瓷pLZ子川等。其中AiZ姚、M四、YZ姚以及忆铝石榴石以其自身优异的综合性能，现已经得到广泛的应用。2非氧化物透明陶瓷 对非氧化物透明陶瓷的研究是从20世纪80年代开始的。非氧化物透明陶瓷的制备比氧化物透明陶瓷的制备要困难得多，这是由于非氧化物透明陶瓷具有较低的烧结活性、自身含有过多的杂质元素(如氧等)，这些都成为制约非氧化物透明陶瓷实现成功烧结并得到广泛应用的主要因素。但经过各国研究人员的共同努力和深人研究，现已经成功地制备出了多种透明度很高的非氧化物透明陶瓷，其中最典型的是AIN、GaAS、MgFZ、ZnS、CaFZ等透明陶瓷。 与氧化物透明陶瓷相比，大多数的非氧化物透明陶瓷不仅室温强度高，而且高温力学性能好，此外，还具有优良的抗急冷急热冲击性能。这些都使得对非氧化物透明陶瓷的研究势在必行。 透明陶瓷的制备工艺 透明陶瓷的制备过程包括制粉、成型、烧结及机械加工的过程。为了达到陶瓷的透光性,必须具备以下条件〔4〕:(1)致密度高;(2)晶界没有杂质及玻璃相,或晶界的光学性质与微晶体之间差别很小;(3)晶粒较小而且均匀,其中没有空隙;(4)晶体对入射光的选择吸收很小; (5)无光学各向异性,晶体的结构最好是立方晶系;(6)表面光洁度高。因此,对制备过程中的每一步,都必须精确调控,以制备出良好的透明陶瓷材料。
陶瓷材料的研究进展
论文 题目：陶瓷材料的研究进展 姓名： 专业：化学工程与工艺 学号： 日期：2009-6-21
陶瓷材料的研究进展 摘要：近年来，随着科学的进步，陶瓷材料越来越多的进入我们的生产和生活，并且在性能和作用上体现出出乎意料的优越性。就我所知，陶瓷材料大体上可以分为四个类型：传统工艺陶瓷，结构陶瓷，功能陶瓷和生物陶瓷。本文仅对后三种新型陶瓷材料的研究进展做一个简单综述。 关键词：结构陶瓷功能陶瓷生物陶瓷纳米技术Abstract: In recent years, along with the science progress, the ceramic material more and more entered our production and the life, and manifested the superiority unexpectedly in the performance and the function. I know, the ceramic material may divide into four types on the whole: Traditional process ceramics, structure ceramics, functional ceramic and biological ceramics. This article only makes a simple summary to the latter three kind of new ceramic material's research development. Key word: Structure ceramics，functional ceramic，biology ceramics ，nanotechnology