【摘 要】
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Al2O3多孔陶瓷因其低导热性与化学稳定性被广泛应用于过滤材料与隔热材料。通过引入的气孔相可以提高Al2O3多孔陶瓷的过滤性能与隔热性能,但陶瓷的强度随着气孔率的升高急剧
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Al2O3多孔陶瓷因其低导热性与化学稳定性被广泛应用于过滤材料与隔热材料。通过引入的气孔相可以提高Al2O3多孔陶瓷的过滤性能与隔热性能,但陶瓷的强度随着气孔率的升高急剧下降。改进Al2O3多孔陶瓷的制备工艺和添加纤维是提高其强度的主要途径。本文采用冷冻干燥法制备Al2O3多孔陶瓷,通过改变浆料固相含量、冷冻温度、纤维添加量、烧结助剂种类及烧结工艺参数,分析参数对多孔陶瓷结构和性能的影响,利用SEM和XRD来表征样品的微观形貌和物相组成,利用压汞仪和万能试验机来评价样品的孔隙结构和力学性能。同时,探讨了多孔陶瓷的抗压机制和Al2O3纤维增强多孔陶瓷的强化机理。研究结果表明:相比于其他烧结助剂,以CuO-TiO2(1:2)为烧结助剂,采用1400℃保温2h烧结工艺制备的固相含量为25 vol.%的Al2O3多孔陶瓷,孔壁颗粒结合致密,颗粒大小均匀,抗压强度(10.58 MPa)较高;固相含量从20 vol.%升高到30 vol.%时,样品的孔径分布均为双峰分布,平均孔径从51.02μm减小到34.15μm。气孔率从68.1%降到48.0%,同时Al2O3多孔陶瓷的抗压强度从5.1MPa提高到20.1 MPa。对比不同固相含量的结构性能常数,发现固相含量为25 vol.%时,Al2O3多孔陶瓷具有最合理的多孔结构,其气孔率和抗压强度分别为60.7%和10.58MPa;冷冻温度从-10℃降低到-50℃时,平均孔径从66.9μm减小到31.14μm,抗压强度从9.7 MPa升高到12.7 MPa。与未添加纤维的样品相比,Al2O3纤维增强的Al2O3多孔陶瓷强度大幅提高,当纤维添加量为15 vol.%时,Al2O3多孔陶瓷的气孔率与抗压强度分别提升了 8.2%和35.3%。
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