SiC多孔陶瓷的研究进展

SiC多孔陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗热震等优点,在冶金、化工、环保和能源等领域有广阔的应用前景.本文综合评述了SiC多孔陶瓷的制备技术及其性能;详细阐述了各种制备方法的原理、主要的影响因素和存在的问题;介绍了三个评估多孔陶瓷性能的模型;最后指出了SiC多孔陶瓷的发展方向和应用前景.     

氮化硅多孔陶瓷

国内率先报道"结构陶瓷"-"功能陶瓷"一体化的新型复合陶瓷———氮化硅多孔陶瓷,介绍氮化硅多孔陶瓷的特征和潜在应用,并展望了其研究现状与前景。     

连铸冷却水复合膜过滤器技术的研发

为了钢铁工业节能减排、降低水污染和吨钢耗水量,进行了转炉炼钢连铸冷却水过滤器技术的研发,成功开发了一种以多孔PVC陶瓷复合管为过滤元件的过滤器装置。对由多孔PVC陶瓷复合管过滤器过滤的污泥进行检测,可知多孔陶瓷复合过滤管具有很好的分离效果。检测过滤前后的水质,发现过滤后水的浊度和悬浮物含量显著降低,水质达到指标要求。通过工业试验研究和近3年的实际应用,确定了多孔PVC陶瓷复合过滤设备的最佳操作条件和反冲洗条件。     

添加剂对多孔陶瓷显气孔率的影响

采用硅粉,碳粉,尿素以及氧化铝,氧化钇为原料,利用常压烧结法制备了氮化硅多孔陶瓷,并着重研究了添加剂对氮化硅多孔陶瓷显气孔率的影响,得出氮化硅多孔陶瓷的显气孔率随着碳粉或尿素含量的增加而增大,且碳粉的造孔作用优于尿素。     

泡沫陶瓷胞元结构对甲烷燃烧特性的影响

为了探究胞元结构对甲烷燃烧特性的影响，优化多孔介质燃烧器结构，设计开发了以Kelvin和WP胞元模型为结构特征的泡沫陶瓷板构成的多孔介质燃烧器，分析了该燃烧器在燃烧甲烷时的燃烧室温度、贫燃极限、辐射效率与烟气排放特性。结果表明：在孔密度、骨架直径、燃烧工况都相同的条件下，WP模型泡沫陶瓷板构成的燃烧器燃烧室温度和辐射效率高于Kelvin模型，CO和NO_x排放量低于Kelvin模型。     

定向多孔陶瓷的制备与应用进展

定向多孔陶瓷因具有良好的流体渗透性及力学性能越来越引起人们的广泛重视。综述了定向多孔陶瓷常见的制备工艺,分别介绍了阳极氧化工艺、生物模板工艺、添加造孔剂工艺、冷冻干燥工艺以及其他常见工艺的原理以及国内外发展现状,总结了各种工艺的特点,其中阳极氧化工艺主要用于制备高度定向周期排列的介孔结构,此法存在基体与多孔材料分离时产生环境污染问题;生物模板工艺主要利用天然木材为模板,通过渗透、热解、反应等工艺步骤直接复型其生物形态的定向孔结构,此法制备的定向多孔陶瓷气孔率较低、力学性能较差且其制备步骤较为繁琐等问题;添加造孔剂工艺是利用高长径比的造孔剂通过挤压或者施加磁场等方式使其定向排列从而得到定向孔,此法生产大型陶瓷产品时具有一定的优势;冷冻干燥工艺主要是冷冻凝固陶瓷浆料,使浆料中的溶剂定向生长为"冰晶"随后减压干燥以去除凝固相溶剂,从而制备出多孔陶瓷,此法制备的成品孔隙率易于控制且定向孔连通性良好。综述了定向多孔陶瓷作为陶瓷过滤器和交叉复合材料预制体的应用,并对其制备工艺进行了总结与展望。     

烧结温度对YAG多孔陶瓷结构演化及力学性能的影响研究

钇铝石榴石(YAG)具有许多优异的性能,被广泛研究和应用.采用真空烧结制备YAG多孔陶瓷,分析结果表明:在1 500℃烧结的YAG多孔陶瓷微孔结构均匀规整,孔径约为5μm,晶粒形貌呈规则颗粒状,断裂形式为沿晶断裂;1 550℃烧结的多孔陶瓷,微孔结构均匀规整,孔径处于2～5μm之间,晶体呈棒状或针状结构,断裂形式为沿晶断裂和穿晶断裂并存;1 600℃烧结的陶瓷,晶粒长成片状结构,孔结构基本消失,断裂形式为穿晶断裂.随着真空烧结温度的升高,不但YAG多孔陶瓷的孔结构逐渐消失,而且能耗越来越多;结合孔隙度、力学性能与能耗之间的性价比综合考虑,确定YAG多孔陶瓷的烧结温度为1 550℃.     

多孔陶瓷体的节能作用

利用多孔体强化传热的功能．研制了多孔陶瓷体，应用在钢包烘烤装置上，使烘烤速度快，包衬温度高且均匀，可达到缩短烘烤时间1／4，节约燃料35％以上的节能效果．     

烧结温度对过滤用SiO_2多孔陶瓷性能的影响

以石英砂、废玻璃和高岭土为主要原料,采用压制成形法制备过滤用SiO2多孔陶瓷。确定了造孔剂的反应温度,探讨了烧结温度对多孔陶瓷吸水率、气孔率、抗弯强度及显微组织的影响。结果表明:造孔剂在300~450℃快速反应;随烧结温度升高,多孔陶瓷的吸水率、显气孔率和液体渗透率逐渐降低,抗弯强度和致密度逐渐提高,最佳烧结温度为1030℃。     

自蔓延高温合成多孔陶瓷(Al2O3-TiB2)的研究

本文分析了Al2O3-TiB2体系舢粉粒度、添加剂和成形压力对产物性能的影响，以及燃烧过程、相组成。并测试了样品性能。通过研究，了解到SHS技术制备的多孔陶瓷，其显气孔率与孔径无明显的依赖关系，前者主要取决于生坯密度，而后者取决于原材料Al粉的粒度及添加剂等。同时提出了可控孔隙结构的制备工艺，能够制备出显气孔率为40％～75％、孔径为1-500μm的管状、杯状、圆片状和柱状的多孔陶瓷试样。     

基于燃烧合成制备多孔金属材料研究进展

简单介绍多孔材料的用途及制备工艺;引述了燃烧合成概念及其优点;着重描述燃烧合成制备金属间化合物、多孔陶瓷和泡沫铝的方法及进展;并对燃烧合成制备多孔材料存在的问题及前景进行了描述和展望。     

Deformation behavior of skeletal composites under mechanical loading

The deformation behavior of ceramic-metal composites with a bulk-linked metal skeleton made of highly porous cellular nickel and a stainless wire mesh is examined. It is established that samples of skeletal ceramics remain intact after all types of destructive tests and show high plasticity and strain and fracture energies. A technique is developed for producing ceramics with a bulk-linked metal skeleton by filling a highly porous framework with a ceramic powder and subsequent pressing and sintering of the composite. The technique is tested for two types of skeletal ceramics: structural ceramics such as pyroceramics-highly porous cellular nickel and bioceramics such as hydroxyapatite-highly porous stainless wire skeleton. The hydroxyapatite-based composite has lower bending strength and shock bending energy but higher plasticity and nondestructability than the pyroceramics-based composite. __________ Translated from Poroshkovaya Metallurgiya, Vol. 46, No. 7–8 (456), pp. 82–90, 2007.     

烧结温度对制备多孔TiB_2-TiC复相陶瓷性能的影响

为了获得孔隙度为(30±5)%TiB2-TiC复相陶瓷,采用反应烧结法,在不同温度下进行真空烧结制备出多孔TiB2-TiC复相陶瓷.主要研究了烧结温度对样品的密度、透气性和力学性能的影响,并对反应过程中样品的相组成进行了分析.试验结果表明:反应过程于1 000℃开始,于1 300℃结束;反应过程中存在TiB、Ti3B4中间相,反应完成后最终产物只有TiB2和TiC两相.随着烧结温度的升高,样品的密度和抗弯强度均是逐渐增大的,最大孔径和相对透气系数则是逐步降低的.于1 700℃烧结制备出的复相陶瓷的密度为3.2g/cm3、开孔隙度为29.5%、抗弯强度达到了120MPa,达到了预期目标.     

Computational Fluid Dynamic (CFD) Simulations of Liquid Steel Infiltration in Ceramic Foam Structures. Part II: Application to Laboratory‐Scale Experiments

The infiltration of liquid TRIP steel into a porous zirconium dioxide foam ceramics is a possible production line for a new composite material. This composite is currently under investigation and development in the Collaborative Research Center 799. Coupled numerical simulations of the hot infiltration process at the pore scale are presented in the paper. The results of the simulations are analysed in order to study similarities and differences between heat and fluid flow phenomena during the infiltration of the foam ceramics. Among others, temperature distributions in the liquid steel and the ceramics are evaluated for typical casting conditions in a laboratory‐scale experiment.     

Development of porous composite self-propagating high-temperature ceramics of the Ti-B-C system

The results of investigations into the porous composite ceramics produced from the Ti-B-C system by self-propagating high-temperature (SHS) synthesis are represented. The effect of the titanium amount in the charge and the billet density on the structure formation and strength characteristics of synthesized porous materials is studied. The results of their investigations using a JSM-6390A scanning electron microscope, an ARL X’TRA diffractometer, and an INSTRON 5988 universal testing machine are given.     

Surface and contact phenomena in metallic systems and their technological applications

Summary The results of an extensive and systematic study of surface phenomena on the interface between liquid metals and various refractory compounds are presented and generalized. Values of surface energy and angle of contact are determined for liquid metals and alloys.The classification of binary metallic systems according to the isotherms of free surface energy is scientifically justified. The interface activity of shrinkage in liquid metal-solid systems and the kinetics of infiltration of porous materials with liquid metals are investigated.The effect of the degree of wetting, amount of the liquid phase, initial porosity, and temperature on densification kinetics during sintering was studied in several systems.New methods of soldering ceramics to ceramics and to metals are described. Alloys and processes are proposed for soldering optical quartz to metals and for high temperature soldered joints between metals and ceramics. The use of adhesion-active binders for diamond tools and a method of metallization of diamond particles have been developed. The possibility of preparation of sintered sealing materials from porous iron with a low-melting filler is indicated.Abridged paper to the annual meeting of the Section of Physicotechnical Problems of Materials Science, Academy of Sciences, UkrSSR, February 19, 1964.     

利用反应烧结法制备多孔碳化物陶瓷

利用反应烧结的方法,通过甲烷碳化还原三种过渡金属氧化物(Cr₂O₃、TiO₂和WO₃)压坯,制备了其相应的多孔形态的碳化物(Cr₃C₂、TiC和WC)陶瓷.通过扫描电子显微镜观察检测,对反应烧结产物的表面和截面形貌进行了分析,并对这三种过渡金属碳化物的孔隙结构进行了初步的表征.通过物相分析研究了反应烧结的动力学过程,发现利用含体积分数10%甲烷的混合气体碳化还原制备多孔TiC和WC陶瓷的起始温度分别为1200℃和1000℃,低于这两个温度时发生其他相变,有其他中间产物生成.利用反应烧结的方法制备多孔Cr₃C₂陶瓷时,反应烧结温度越高,碳化铬陶瓷的骨架和孔隙平均尺寸越大.      

武钢高炉风口组合砖材质的改进

武钢4号高炉风口组合砖材质为陶瓷结合的刚玉莫来石砖,其透气度很高,由于碱金属的入侵和锌的沉积不断产生体积膨胀,使风口上翘。微孔刚玉砖具备优良抗碱性、抗炉渣侵蚀性和热震稳定性,并且是碳结合微孔砖,很适合用于风口组合砖,武钢5号高炉大修和新建的8号高炉将风口组合砖由刚玉莫来石砖改为微孔刚玉砖,目前的使用效果良好。     

浇注法制备提钒尾渣多孔陶瓷试验研究

以提钒尾渣为主要原料,通过添加结合剂、粘土、减水剂和造孔剂,采用注浆成型工艺制备提钒尾渣多孔陶瓷,该多孔陶瓷可用于化工过滤、窑炉保温和建筑装饰等行业,可以大大提高提钒尾渣的利用率和附加值。通过条件试验较系统研究了煅烧温度、结合剂配入量、高温点保温时间、粘土配入量、造孔剂配入量对提钒尾渣多孔陶瓷性能影响。条件试验表明:结合剂选择铝酸盐水泥,配入量选择6%左右;煅烧温度选择1 050℃左右;保温时间选择4~6 h;粘土的配入量选择10%左右,造孔剂的配入量选择100 m L左右(每150 g原料),可制备符合要求的提钒尾渣多孔陶瓷。