冷冻浇注制备多孔陶瓷的研究进展

冷冻浇注制备多孔陶瓷具有绿色经济、孔结构可控以及材料性能优良等优点,近年来受到国内外学者的广泛关注。本文在简单介绍冷冻浇注工艺原理的基础上,阐述了冷冻浇注工艺过程中孔结构的形成机理与条件,详细讨论了液相介质与冷冻条件对孔结构的影响,总结了冷冻浇注制备多孔陶瓷的材料体系以及典型工艺条件,最后指出冷冻浇注未来的研究方向是孔结构的有效控制及新型功能化多孔陶瓷的制备。     

莰烯基碳/碳化硅料浆制备工艺研究

研究了分散剂种类及其用量对莰烯基碳黑料浆分散性的影响,研究了分散剂种类及其用量、固相含量、表面改性对莰烯基碳化硅料浆分散性的影响.通过优化制备参数,制备出炭黑含量为10％(质量分数),固相含量达70％(体积分数),在50s-1剪切速率下表观黏度为0.9Pa·s,满足室温冷凝浇注成型的莰烯基碳粉/碳化硅料浆.     

新型定向导电橡胶的制备与性能研究

通过对金属丝进行定向排布并采用浇注成型工艺制备了具有定向导电功能的橡胶基复合材料。通过扫描电镜对材料的微观结构进行表征,并测试了材料的密度、硬度、拉伸性能、导电性能和电磁屏蔽性能。结果表明:所制备的定向导电橡胶在平行金属丝排布方向的体积电阻率为0.07Ω·cm,在多频段的电磁屏蔽效能≥80dB,同时其拉伸性能、密度与传统填充型导电橡胶相比具有一定优越性,可作为定向导电衬垫应用于一维电磁屏蔽场合。     

含先驱体聚合物浆料浇注成型制备SiC多孔陶瓷

采用SiC粉体与聚碳硅烷(PCS)为原料浇注成型低温烧结制备SiC多孔陶瓷,研究了PCS含量对SiC多孔陶瓷性能的影响。结果表明,PCS含量大于2wt%时可浇注成型,PCS经烧结后生成裂解产物将SiC颗粒粘结起来。所得SiC多孔陶瓷孔径呈单峰分布、孔径分布窄、热膨胀系数低、烧结过程中线收缩率小。随着PCS含量的增大烧成SiC多孔陶瓷的孔隙率降低,但强度显著提高。PCS含量为6wt%时多孔陶瓷的孔隙率、弯折强度和线收缩率分别为36.2%、33.8MPa和0.42%。     

凝胶浇注成型制备致密 SiC陶瓷材料

采用一种凝胶浇注成型预配液作为陶瓷粉体的分散介质,将亚微米级SiC粉体和烧结助剂Y2O3、Al2O3直接混合,制得了固含量>50vol％的凝胶浇注浆料,在100s-1的剪切速率下,浆料粘度<1Pa·s,可以顺利实现凝胶浇注成型;对得到的SiC素坯进行了无压烧结．在2000℃保温1h(氩气氛)的烧结条件下,烧结体相对密度为(98．1±0．2)％,抗折强度、硬度和韧性分别为(722±70)MPa、(20．18±0．75)GPa、(4．00±0．20)MPa·m1／2．     

中性水溶液中阴极电解制备自支撑通孔氧化铝膜

提出一种自支撑通孔有序氧化铝膜(AAM)的阴极电解制备方法.在中性氯化钾水溶液中,以AAM/Al为阴极,石墨为阳极,电压为-4～-5V,电解3～10min即可把氧化铝膜从铝基底上剥离,同时去除背面阻挡层,获得自支撑通孔氧化铝膜.讨论了通孔氧化铝膜电解制备方法的剥膜、通孔的机理.     

基于定向冷冻技术构建的多孔材料及其应用

定向冷冻技术是将原材料、溶剂及添加剂均匀混合,利用溶剂的“液-固-气”相转变获得多孔材料的一种方法,具有操作简便和绿色环保等优点。与通常的造孔技术不同,定向冷冻技术可实现对物理、化学和力学性能的高度控制,所制备的材料具有定向排列的孔隙和不同层面上的分级结构。这种技术被广泛应用于制备具有各向异性的无机、有机、杂化和碳质多孔材料。此外,该方法还可以扩展到模拟天然结构的仿生材料中,以组装具有优异力学和物理特征的多孔复合材料,在环境、能源、热管理和生物医学等领域具有广阔的应用前景。本文从定向冷冻技术的来源以及原理出发,根据单颗粒及多颗粒的受力模型揭示了定向结构的形成机理,分析了溶质、溶剂、温度梯度和添加剂等对材料结构以及性能的影响。另外,根据前驱体材料掺杂改性的不同手段,介绍了一步法与两步法制备定向结构的特点。同时,总结了定向冷冻技术在污染物吸附、能量储存与转换、结构材料、热管理和生物材料等方面的研究进展,最后指出了当前研究中亟需解决的问题,并展望了其未来的发展方向。     

浇注温度对定向凝固Al－Cu合金热裂的影响

针对空心叶片类定向凝固铸件存在的热裂问题，开展了定向凝固热裂规律的研究。本文选择凝固参数较全的Ａｌ－Ｃｕ系合金，研究了定向凝固工艺参数之一的浇注温度对Ａｌ－０．６ｗｔ％Ｃｕ和Ａｌ－２．０ｗｔ％Ｃｕ合金热裂的影响。定向凝固热裂试验表明，提高浇注温度可以降低Ａｌ－０．６ｗｔ％Ｃｕ合金的热裂程度，但对Ａｌ－２．０ｗｔ％Ｃｕ则无作用。理论分析认为，合金在不可补缩区的冷却速率变化是改变合金热裂程度的重要因素。     

冷冻铸造技术制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料研究进展

贝壳珍珠层是一种天然的层状结构复合材料,类似"砖和泥"的软硬相交替的层状分级组装结构赋予其优良的力学性能。通过对贝壳的珍珠层进行仿生研究,人们已利用不同技术如冷冻铸造技术等,制备了一系列仿生高强超韧层状复合材料,并且这些材料在航空航天、军事、民用及机械工程等领域表现出广阔的应用前景。首先介绍了贝壳珍珠层的结构性能,并对其断裂机制进行了阐述;然后综合介绍了冷冻铸造技术的发展历程、作用机理、控制因素、装置设计和总体工艺流程。在此基础上,对制备仿贝壳层状结构陶瓷复合材料的表观密度、多孔陶瓷的孔隙率进行介绍,综述了多孔陶瓷的性能、陶瓷/金属层状结构复合材料以及陶瓷/聚合物层状结构复合材料的特点和应用,最后分析和总结了在研究仿贝壳层状结构陶瓷复合材料过程中出现的问题,并对该复合材料的未来发展趋势做了一定的预测。     

氧化物共晶陶瓷定向凝固研究进展

定向凝固氧化物共晶自生复合陶瓷具有优异的高温强度、抗氧化性、抗蠕变性以及良好的高温结构稳定性,被认为是新一代在高温氧化性气氛中长期工作的首选超高温结构材料之一。回顾了氧化物共晶自生复合陶瓷的发展历史,总结了目前定向凝固氧化物共晶陶瓷凝固组织和力学性能方面的研究现状,同时结合作者在本领域的研究,着重分析了高温度梯度定向凝固条件下氧化铝基共晶陶瓷的组织特征、凝固特性、力学性能以及增韧机制。最后展望了定向凝固氧化物共晶陶瓷的发展趋势。     

孔径可控的多孔羟基磷灰石的制备工艺研究

采用添加造孔剂法,选择合适的造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）,通过严格筛分,可烧结制得孔径可控的多孔基磷灰石陶瓷,气孔率可从20％到50％变化。并对烧结多孔体中孔的结构、孔径分布与特征,影响气孔率和力学性能的因素进行了研究与讨论。     

管式炭膜制备工艺对膜孔结构的影响

研究了以中间相炭微球为原料,羧甲基纤维素为添加剂制备管式炭膜过程中膜孔的形成及控制.扫描电子显微镜(SEM)分析表明,炭膜中的孔隙主要是由微球堆积的间隙和粘结剂高温分解形成的.热重分析(TG)和气泡法孔径测试结果表明,随着添加剂用量的减少和升温速率的提高,炭膜孔径减小;同时低于800℃炭化处理能够显著增加炭膜孔径.浸渍液浓度的增加和浸渍次数的增加均能减小炭膜平均孔径,说明制备工艺条件的控制是调整膜孔结构的有效手段.     

Simple preparation of silica and alumina with a hierarchical pore system via the dual-templating method

Abstract

Silica and alumina with macro-meso-type hierarchical pore systems are synthesized by dual templating using both surfactants and polystyrene (PS) spheres. After calcination, scanning electron microscope images show uniform macropores with a diameter of approximately 200 nm. This size coincides with that of the original PS spheres. The density of the macropores increases with the amount of added PS spheres in the precursor solutions. Transmission electron microscope images, small-angle x-ray scattering spectra and N₂ adsorption–desorption isotherms reveal the formation of ordered mesoporous structures in the macropore walls. Also, the existence of micropores (less than 2 nm in size) was confirmed from the large N₂ uptake at low relative pressures.     

粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响

研究了粉末粒度对FeAl金属间化合物多孔材料孔结构的影响.研究表明,当粉末粒径在60μm以上时,随着粉末粒径的增加,FeAl金属间化合物多孔材料的总孔隙度和开孔隙度变化不大,即粉末粒度不是决定FeAl多孔材料孔隙度的主要因素;粉末粒度是决定FeAl金属间化合物多孔材料最大孔径的主要因素,在18～125μm的粒度范围内,多孔体最大孔径与粉末粒径之间严格遵循dm=0.4·d.的直线变化规律.     

Simple preparation of silica and alumina with a hierarchical pore system via the dual-templating method

Silica and alumina with macro-meso-type hierarchical pore systems are synthesized by dual templating using both surfactants and polystyrene (PS) spheres. After calcination, scanning electron microscope images show uniform macropores with a diameter of approximately 200 nm. This size coincides with that of the original PS spheres. The density of the macropores increases with the amount of added PS spheres in the precursor solutions. Transmission electron microscope images, small-angle x-ray scattering spectra and N₂ adsorption–desorption isotherms reveal the formation of ordered mesoporous structures in the macropore walls. Also, the existence of micropores (less than 2 nm in size) was confirmed from the large N₂ uptake at low relative pressures.     

新型塑性加工制备球形孔多孔金属及其性能

将铝板塑性加工成半球孔层金属结构薄层,以此为基本单元按一定方式连接形成球形孔多孔金属,研究了孔结构对球形孔多孔金属性能的影响.结果表明,平板层相连的球形孔结构,使其强度高于同样条件下堆积的空心金属球结构.这种新型球形孔多孔金属的强度较高,能够有效地吸收能量,铝板的厚度和孔隙率对其压缩和能量吸能性能有明显的影响.     

烧结多孔钛的显微组织和孔隙特征

采用粉末冶金方法，添加聚甲基丙烯酸甲酯作为造孔剂，经1300℃烧结2h获得孔隙度为25％～70％（体积分数），孔隙尺寸为10～10001am的多孔钛。多孔钛具有三维连通的孔隙结构，其孔可以分为两种：一种是分布均匀、而且相互连通的宏观孔隙；另一种是分布在开放贯通的大孔壁上，孤立的近似球形的微孔。其孔隙度、孔隙尺寸及孔隙的连通程度随着造孔剂体积分数和粒度的增大而增大。     

锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展

随着人们对锂离子电池需求的日益增加, 高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度, 除此以外, 孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展, 总结了多孔电极结构设计要素及制备方法, 最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。     

Synthesis of tailored porous alumina with a bimodal pore size distribution

Hierarchical channel or well-connected small and large pore networks show multiple advantages for application in catalysis or adsorbent in aqueous condition. Micro- and mesopores provide size or shape selectivity for a guest molecule, while additional macropores reduce transport limitations. In this study, we proposed a novel method to prepare bimodal porous aluminas, which have meso- and macropores with narrow pore size distribution and well defined pore channels. The framework of the porous alumina is prepared via a chemical templating method using alkyl carboxylates. Polystyrene (PS) beads are employed as a physical template for macropores. We examined polydiallyldimethylammonium chloride (PDDA)-treated aluminas as organic adsorbent in aqueous solution. Above 90% of the anionic dye (acid red 44) is removed within 10 min, and the adsorption rate of PDDA/P4 (supported on the bimodal porous alumina) is faster than that of PDDA/P2 (supported on the unimodal porous alumina) because macropore of P4 have reduced transport limitation and enhanced the accessibility to the active site of cationic charge.     

孔隙形状及孔隙率对多孔材料弹性性能的影响

利用通用单胞法(GMC)计算了不同孔隙形状及孔隙率对多孔材料等效弹性参数的影响,计算中分别采用二维方形、圆形孔隙模型和三维立方体、球形孔隙模型模拟多孔材料。不同孔隙率下等效弹性参数的计算结果表明: 不同孔隙形状下,多孔材料等效弹性参数随孔隙率增大的退化程度不同;通过对比二维简化模型与三维模型的差异,发现二维简化模型对多孔材料等效弹性参数的估算值偏低。进一步将GMC计算结果和已有文献实验结果进行比较,发现两者具有较高的吻合度。最后将GMC模型与有限元、经验模型进行对比,得出GMC模型的局限性。综合计算结果,GMC具有一定的计算精度,可应用于工程实际分析中。