微米级孔径蜂窝陶瓷的制备及应用研究

【摘要】蜂窝陶瓷由于具有独特的直通孔结构、高比表面积、高渗透率、低密度及高抗热震性等优势，现已被广泛应用于机械、冶金、化工、电子和航空航天等尖端技术领域。目前制备微米级孔径蜂窝陶瓷的方法主要为挤出成型，主要作为催化剂载体用于汽车尾气的处理；而关于百微米级蜂窝陶瓷在光催化方面的应用却鲜有报道。本文采用环保无毒、成本低廉、操作简便的海藻酸盐凝胶工艺分别制备了Al2O3体系和Si3N4体系的微米级蜂窝陶瓷。系统全面地研究了在凝胶反应过程各个实验参数的影响，包括浆料的固相含量、海藻酸钠（NaAlg）的含量及种类、渗透过程中Ca2+的浓度、反应温度等，并通过XRD、SEM等对坯体进行了表征和分析，制备了孔径大小和气孔率可调的微米级蜂窝状多孔陶瓷，并首次实现了用该工艺制备的蜂窝陶瓷作为载体负载催化剂在光催化条件下降解有机物亚甲基蓝的应用。通过实验可知，Al2O3-NaAlg浆料体系和Si3N4-NaAlg浆料体系在固含量低于30wt%时，均表现为剪切变稀的非牛顿流体；海藻酸盐的种类及含量对凝胶后的坯体形貌有着重要的影响，而反应温度则控制着离子的扩散运动，温度越高，离子无定向运动越快，直通孔结构越易变形。实验中通过调节Al2O3浆料的固含量（10-30wt%），制得气孔率分布为60~79.5%，孔径大小为180~315μm的Al2O3蜂窝陶瓷；通过调节Si3N4浆料的固含量（5-20wt%），制备了孔径大小分布在50~200μm，气孔率为50.36~64.27%的蜂窝陶瓷，其孔道类似“蜂巢”状，由大量β-Si3N4棒状晶粒互相搭接而成，通过控制烧结温度来控制晶粒的长径比，最高长径比可达20。该方法为制备多孔Si3N4陶瓷提供了一种新的思路。通过溶胶-凝胶法所制备的TiO2薄膜与Al2O3蜂窝陶瓷基体之间的结合强度很好；当载体的固相含量为15wt%时，所负载的TiO2薄膜光催化效率最高，达到79.52%，与TiO2粉体的催化效率相当，因此在废水处理中可以作为理想的光催化载体，实现对催化剂的有效回收和循环利用。
【作者】杜林晶；
【导师】杨金龙；
【作者基本信息】中北大学，材料学，2014，硕士
【关键词】海藻酸钠；Al2O3蜂窝陶瓷；Si3N4蜂窝陶瓷；微观结构；光催化性能；

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