輕質高強釔硅氧多孔陶瓷的可控制備、微觀結構和性能.pdf

1、多孔陶瓷具有孔隙率高、比強度高、密度低和熱導率低的優(yōu)點，其重要應用之一是作為高溫絕熱材料。但是，目前常見的多孔陶瓷絕熱材料(SiO2、 Al2O3、YSZ和莫來石多孔陶瓷等)存在一些不足之處，比如:SiO2多孔陶瓷的強度較低而且工作極限溫度低、Al2O3多孔陶瓷的熱導率較高、YSZ多孔陶瓷的燒結收縮率很大而且密度較高，以及莫來石多孔陶瓷強度較低等。所以，研發(fā)綜合性能更加優(yōu)良的新型多孔陶瓷是未來的趨勢。本工作選取熔點高、熱導率極低且高溫熱

2、學和化學穩(wěn)定性好的γ-Y2Si2O7和X2-Y2SiO5作為新型多孔陶瓷的基體材料，通過有機泡沫浸漬法和原位反應發(fā)泡-注凝法制備樣品并詳細表征其微觀結構，深入研究所制備樣品的微觀結構與性能（壓縮強度和熱導率）間的關系及其高溫性能。
　　首次制備出γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。以Y2SiO5粉末和硅溶膠為原料，采用有機泡沫浸漬法結合反應燒結過程成功制備了高孔隙率和純相的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。制備的材料是白色開孔的網眼狀多孔陶瓷，

3、孔尺寸分布為200～700μm，孔道相互連通且孔筋分布均勻。增加涂覆漿料次數可顯著提高樣品的性能。另外，由PEI預處理海綿模板得到樣品的性能最佳，如高孔隙率(84.5％)、相對較高的壓縮強度(1.28MPa)和低密度(0.62 g/cm3)。
　　以Y2O3和SiO2粉末為原料，N-羥甲基丙烯酰胺為單體，通過原位反應發(fā)泡-注凝法制備出具有獨特多級孔結構的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷，包括70～250μm的球形大孔和骨架上0.1～1.

4、5μm的小孔。多級孔結構中小孔的形成機制主要來自于原位反應燒結過程，而且該結構的熱穩(wěn)定性極佳，可維持到1700℃。此外，改進制備工藝—使用無毒環(huán)保的明膠作為凝膠劑，通過原位反應發(fā)泡-注凝法合成出高性能的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。樣品具有優(yōu)異的力學和熱學性能，當孔隙率為64.3～89.3％時，樣品的壓縮強度可達46.5～3.4 MPa;對于孔隙率為57.2～90.0％的樣品，室溫熱導率為0.918～0.147 W/(m·K)。γ-Y2S

5、i2O7多孔陶瓷還具有優(yōu)良的高溫性能，包括良好的高溫強度和較低的熱循環(huán)燒結收縮率。所制備的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷具有輕質、高孔隙率、高強度、低熱導率和熱穩(wěn)定性高的優(yōu)點。
　　采用發(fā)泡-注凝工藝，通過研究制備途徑（原位反應燒結和直接燒結法）和燒結溫度對樣品結構與性能的影響，發(fā)現了目前Y2SiO5多孔陶瓷相關研究工作中存在較大燒結收縮率的原因:所使用的原料為精細的Y2SiO5粉末，其燒結活性較高;另外漿料的固含量較低。隨后提出了解

6、決辦法:以Y2O3和SiO2粉末為原料，使用高固含量的漿料并通過原位反應發(fā)泡-注凝法來制備Y2SiO5多孔陶瓷。獲得的Y2SiO5多孔陶瓷擁有優(yōu)良的綜合性能，如1.0～4.7％的低收縮率、0.79～0.88g/cm3的低密度、82.1～80.1％的高孔隙率和3.54～6.90 MPa的高強度(燒結溫度1350～1550℃)。另外，樣品還具有較低的熱導率、優(yōu)異的高溫相穩(wěn)定性和較高的熱穩(wěn)定性。
　　采用無毒的明膠為凝膠劑，經原位反應發(fā)

7、泡-注凝法制備出高性能的Y2SiO5多孔陶瓷，并研究了材料的結構與強度和熱導率之間的關系以及其高溫性能。樣品具有獨特的多級孔結構和相互連通的三維網絡結構。Y2SiO5多孔陶瓷具有優(yōu)異綜合性能，如高孔隙率(60.2～87.1％)、線收縮率小(6.3～4.5％)、體密度低(1.74～0.52 g/cm3)和壓縮強度高(38.2～0.90 MPa)。樣品還有極低的熱導率，室溫下的熱導率僅有0.513～0.119 W/(m·K)（孔隙率:60.