无机凝胶剂发泡注凝制备泡沫陶瓷的研究.docx

无机凝胶剂发泡注凝制备泡沫陶瓷的研究
概述
泡沫陶瓷是以有机泡沫为载体，通过化学方法处理形成开孔细孔结构的陶瓷制品，其具有重量轻、结构疏松、耐高温、耐腐蚀、绝缘性好等特点，在工业生产、热工领域具有广泛的应用。无机凝胶剂发泡注凝法是一种制备泡沫陶瓷的常见方法，本文将就该方法涉及的机理、工艺参数、工艺优化、产品性能等方面进行论述。
1.无机凝胶剂发泡注凝法的机理
无机凝胶剂常用的有SiO2、Al2O3、Fe2O3等，这些低聚物可以通过水热反应形成纳米级的胶体颗粒，加入表面活性剂或有机模板，可以使得这些无机胶体在有机相中形成均匀的胶凝体系。在制备泡沫陶瓷时，通常将这种无机胶凝体系和聚氨酯泡沫混合后固化，待聚氨酯泡沫半固化后，即可将其放入高温炉中进行煅烧处理，使得聚氨酯泡沫燃尽，同时无机胶凝体系中存留的有机物也被热解裂并排挤出来，形成开孔细孔结构的泡沫陶瓷。
2.工艺参数优化
在无机凝胶剂发泡注凝法中，影响制备泡沫陶瓷质量的因素包括有机胶凝体系、聚氨酯泡沫、固化和烧结等各个环节中的参数，其中比较关键的参数如下：
(1)有机胶凝体系中无机凝胶剂的种类和浓度：不同的无机凝胶剂对泡沫陶瓷的孔隙度、孔径分布以及表面形貌等有着明显的影响，需要根据所需的具体制品性能来调整其种类和浓度。
(2)聚氨酯泡沫的密度和分散性：泡沫陶瓷的孔隙度和孔径大小等与所用聚氨酯泡沫的分散性以及密度有关，达到一定程度的闭孔率也需要相应的密度配合才能实现。选用高分散性、低密度的聚氨酯泡沫所制备出的泡沫陶瓷且保持较高的成形率。
(3)固化时间和温度：聚氨酯泡沫的发泡速度和收缩率将决定它们的形态及尺寸，固化时间和温度的选择可通过合理控制泡沫陶瓷的密度、孔隙度和孔径大小等可调制参数。
(4)烧结温度和时间：烧结温度和时间的选择主要依据所需的泡沫陶瓷物理特性，如抗压强度、热膨胀系数、纯度等，如果烧结温度过高或烧结时间过长，泡沫陶瓷的烧蚀或变形等不良现象可能会发生。
3.工艺优化
通过调整无机凝胶剂的种类和浓度、聚氨酯泡沫的密度和分散性以及固化和烧结温度、时间等，可以在保证成形率的同时，进一步优化泡沫陶瓷的物理化学性能。例如，Deng等人通过修改SiO2胶凝体的化学合成过程，使得制品具有了良好的抗震性和耐火性，其中SiO2的浓度是影响泡沫陶瓷的伸长强度和断裂韧度两个重要参数的关键因素。
4.产品性能
无机凝胶剂发泡注凝法制备的泡沫陶瓷，其物理化学性质往往随着工艺参数的变化而产生较大变化，具体表现为：
(1)陶瓷密度和孔隙度：泡沫陶瓷的密度从0.2~0.8g/cm3不等，孔隙度通常在85%~98%，这直接影响着泡沫陶瓷的各种物理性能。
(2)抗压强度和断裂韧度：泡沫陶瓷的抗压强度主要与其密度有关，而断裂韧度主要与其泡孔的结构、连通情况等有关。
(3)热膨胀系数：泡沫陶瓷的热膨胀系数往往较低，使得其具备在高温下具有良好尺寸稳定性的优点。
(4)表面形貌和吸附性：泡沫陶瓷的表面形貌通常为微凸状，具有较高的表面积和吸附性，适用于各种化工反应及物理吸附领域。
结论
无机凝胶剂发泡注凝法制备泡沫陶瓷简单、灵活、适用范围广；通过优化工艺参数和工艺流程，可以较为精准地控制泡沫陶瓷的物理化学性能，并满足不同领域的应用需求。未来，值得进一步探讨的问题包括无机凝胶剂在泡沫陶瓷制备中的新应用、工艺复杂度与产品质量之间的平衡等。