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颗粒稳定泡沫具有优异的稳定性,成为泡沫陶瓷领域的研究焦点。现有的颗粒稳定泡沫陶瓷制备工艺多采用短链两亲分子疏水修饰调节pH值分散的陶瓷颗粒并结合物理或化学凝胶固化湿泡沫。但是,凝胶体系的加入不仅造成制备工艺复杂,而且还会影响泡沫结构。同时,疏水修饰剂直接吸附在陶瓷颗粒表面,导致浆料粘度增大,浆料的固含量通常不超过35vol%。这导致湿泡沫干燥收缩大和容易开裂等问题。本课题提出利用长链表面活性剂结合pH值调节剂或分散剂调控颗粒表面性质和颗粒间相互作用以实现颗粒稳定泡沫优异稳定性和干燥过程中泡沫结构继承性的新思路,开展了表面活性剂疏水修饰的颗粒表面性质、颗粒间相互作用、浆料性质、湿泡沫稳定性、泡沫陶瓷制备和结构及性能方面的研究,制备了结构可控、性能优异的氧化铝泡沫陶瓷。本课题主要研究内容和结论如下: (1)以HCl调节pH值分散的氧化铝颗粒为研究对象,选择十二烷基硫酸三乙醇胺(TLS)作为表面活性剂制备氧化铝泡沫陶瓷,结果表明:TLS通过静电作用吸附在氧化铝颗粒表面,导致颗粒表面zeta电位降低,疏水性增强。TLS疏水修饰的氧化铝浆料具有凝胶特性,浆料的储能模量随TLS加入量的增大而增大。疏水修饰浆料经球磨、搅拌、注模、干燥和烧结,制备出气孔率在58-90%的氧化铝泡沫陶瓷。通过调节发泡工艺和原料组分含量,可以调控泡沫陶瓷的气孔率和微观结构。泡沫陶瓷的抗压强度随相对密度的增大而增大,其关系符合Gibson-Ashby模型;泡沫陶瓷的室温热导率随气孔率的增大而降低,其关系符合Leach模型。 (2)以柠檬酸铵(TAC)分散的氧化铝颗粒为研究对象,选择十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)作为表面活性剂制备氧化铝泡沫陶瓷,结果表明:TAC分散的氧化铝颗粒表面带负电荷,DTAC与颗粒表面的TAC发生静电作用,嫁接在颗粒表面,导致颗粒表面zeta电位降低,疏水性增强。使用DTAC修饰TAC分散的氧化铝浆料,制备出气孔率在73-89%的氧化铝泡沫陶瓷。通过调节TAC和DTAC的加入量,可以制备出高气孔率、高强度的氧化铝泡沫陶瓷,例如,气孔率约为87%,抗压强度高达16MPa。 (3)以聚丙烯酸铵(PAA)分散的氧化铝颗粒为研究对象,选择DTAC为表面活性剂制备氧化铝泡沫陶瓷,结果表明:DTAC通过PAA嫁接在氧化铝颗粒表面,导致颗粒表面zeta电位降低,疏水性增强,引起浆料粘度和储能模量增大。以DTAC修饰PAA分散的氧化铝浆料制备湿泡沫,湿泡沫的稳定性随DTAC加入量的增大而增强,随PAA加入量的增大而下降。在PAA和DTAC加入量分别为0.24wt%和0.0375wt%时,湿泡沫具有优异的稳定性,所制备的泡沫陶瓷的气孔率约为80%,平均孔径为50μm,孔壁致密,抗压强度高达30MPa,比直接发泡-凝胶注模法制备的氧化铝泡沫陶瓷抗压强度高出约30%。 (4)以异丁烯与马来酸酐共聚物(PIBM)分散的氧化铝颗粒为研究对象,选择DTAC为表面活性剂制备氧化铝泡沫陶瓷,结果表明:DTAC通过PIBM嫁接在颗粒表面,颗粒表面疏水性随PIBM和DTAC加入量的增大而增大。在PIBM分散氧化铝浆料中加入DTAC制备的湿泡沫属于颗粒稳定泡沫,其稳定性明显优于加入TLS制备的湿泡沫稳定性。湿泡沫的稳定性显著影响泡沫陶瓷的结构和性能。加入DTAC制备的泡沫陶瓷的平均孔径小于90μm,孔壁致密,气孔率约为81%的泡沫陶瓷的抗压强度高达30MPa;而加入TLS制备的泡沫陶瓷的平均孔径大于120μm,孔壁上存在窗口,气孔率约为81%的泡沫陶瓷的抗压强度仅为16MPa。 (5)利用表面活性剂疏水修饰陶瓷颗粒制备泡沫陶瓷的方法具有广泛的适用性。使用这种方法,已制备出体积密度在1.02-1.34g/cm3、孔径小于100μm且孔壁致密的氧化锆泡沫陶瓷和体积密度约为0.5g/cm3、孔径小于100μm且孔壁上存在10μm左右窗口的碳化硅泡沫陶瓷。