【原创】氧化锆多孔陶瓷,在哪些领域受欢迎?


来源:中国粉体网   山川

[导读]  氧化锆多孔陶瓷,在哪些领域受欢迎?

中国粉体网讯  ZrO2多孔陶瓷除了具有熔点高、硬度大、热导率低、热稳定性好和高温蠕变小等特性,同时还具备多孔陶瓷密度小、强度大、气孔率高、比表面积大、对流体自扰性强及过滤吸附性好等特点。


此外,ZrO2的马氏体相变可起到相变增韧、微裂纹增韧和弥散增韧等增韧效果,可极大地提高多孔陶瓷的韧性和强度。



制备方法


依据造孔机理的不同,可将ZrO2多孔陶瓷的制备方法分为以下四类:即颗粒堆积法、模板复制法、牺牲模板法和直接发泡法。通常,制备ZrO2 陶瓷的过程包括陶瓷颗粒均匀混料、素坯成型、素坯干燥和多孔陶瓷烧结等环节。




(a)颗粒堆积法;(b)模板复制法;(c)牺牲模板法;(d)直接发泡法




颗粒堆积法


颗粒堆积法是在众多制备ZrO2多孔陶瓷方法中,最为简单和直接的方法。在素坯成型过程中,ZrO2颗粒和添加剂(烧结助剂、粘结剂等)均匀混合在一起,由于空间位阻作用使得粉体颗粒之间存在孔隙。在烧结过程中,粉体颗粒之间较小的孔隙,会通过体积收缩和晶粒扩散消除,而部分较大的孔隙未能排除,于是构筑成ZrO2多孔陶瓷的孔结构。


模板复制法



牺牲模板法


牺牲模板法是制备轻质、高强和隔热多孔陶瓷的一种有效方法。在制备多孔陶瓷过程中,陶瓷颗粒或者前驱体组成连续基质相,与牺牲模板相均匀混合在一起,最后通过热处理或者酸碱腐蚀处理,牺牲相将会去除使得块体内部形成多孔结构。


直接发泡法


直接发泡法能够制备开孔和闭气孔的多孔陶瓷,该工艺的基本过程包括:第一、通过物理或者化学的方法使陶瓷浆料或者前驱体溶液产生气泡;第二、将浆料中的气泡稳定下来,然后使浆料固化得到多孔素坯;第三、多孔素坯干燥或者脱胶后,再经过烧结得到多孔ZrO2陶瓷。




氧化锆多孔陶瓷的应用


在医学领域的应用



在催化领域的应用


氧化锆是一种独特的氧化物,不仅具有酸性中心和碱性中心,还具有氧化性和还原性,与催化剂活性组分容易产生较强的相互作用。多孔ZrO2陶瓷可以用做一种优良催化剂和催化剂载体。利用全稳定氧化锆具有较高的氧离子电导率的特性,可以实现ZrO2多孔陶瓷在氧传感器和固体燃料电池电介质等功能材料领域中广泛应用。


在保温隔热领域的应用


ZrO2多孔陶瓷结合了陶瓷材料和孔隙结构的优点,在保温隔热方面应用广泛。比如,航天飞行器和工程结构材料(如涡轮机叶片、喷气式引擎等)在恶劣的环境中需要特殊的材料给予保护。这些保护层材料不仅要使被保护材料不受腐蚀、磨损和冲蚀,还要起到隔热的作用。将氧化锆基材料制成多孔陶瓷可进一步降低热导率,减小密度。同时,多孔陶瓷中的孔结构还可以缓解热膨胀不匹配造成的应力。


在过滤方面的应用


氧化锆陶瓷过滤片最高使用温度1760℃,广泛用于过滤各种铸钢件和大型铸铁件,高温母合金及航空铸件,磁性材料,铜镁合金连铸造和有色金属合金低压铸造领域。


参考来源:

[1]艾建平等.轻质、高强、隔热的多孔ZrO2陶瓷制备工艺研究进展

[2]汪长安等.轻质、高强、隔热多孔陶瓷材料的研究进展


(中国粉体网编辑整理/山川)


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作者:山川

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