生物形態(tài)多孔SiC陶瓷

1、飛霧流雪分類添加造孔劑法有機泡沫浸漬法發(fā)泡法溶膠- 凝膠法o添加造孔劑法利用了造孔劑的占位，對陶瓷添加造孔劑法利用了造孔劑的占位，對陶瓷坯體燒結(jié)，致使造孔劑離開基體而形成氣孔。坯體燒結(jié)，致使造孔劑離開基體而形成氣孔。o造孔劑一般為無機的可燃性物質(zhì)或高溫時分造孔劑一般為無機的可燃性物質(zhì)或高溫時分解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)（如碳酸銨），和有機的解產(chǎn)生氣體的物質(zhì)（如碳酸銨），和有機的天然纖維、高分子聚合物或有機酸。天然纖維、高分子聚合物或有機酸。o其關(guān)鍵技術(shù)在于造孔劑的種類和用量控制。其關(guān)鍵技術(shù)在于造孔劑的種類和用量控制。o有機泡沫浸漬法是借助有機泡沫體具有的開有機泡沫浸漬法是借助有機泡沫體具有的開孔三維網(wǎng)狀

2、骨架結(jié)構(gòu)，將混合好的陶瓷漿體孔三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，將混合好的陶瓷漿體均勻的涂覆于有機泡沫網(wǎng)狀體，干燥后燒掉均勻的涂覆于有機泡沫網(wǎng)狀體，干燥后燒掉有機泡沫體而獲得網(wǎng)眼多孔陶瓷泡沫體。有機泡沫體而獲得網(wǎng)眼多孔陶瓷泡沫體。o多孔陶瓷體的孔尺寸主要取決于有機泡沫體多孔陶瓷體的孔尺寸主要取決于有機泡沫體的孔尺寸。的孔尺寸。o發(fā)泡法是通過添加有機或無機化學物質(zhì)，經(jīng)發(fā)泡法是通過添加有機或無機化學物質(zhì)，經(jīng)過特殊工藝處理后形成揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生泡過特殊工藝處理后形成揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生泡沫，然后經(jīng)干燥和燒成制備多孔陶瓷。沫，然后經(jīng)干燥和燒成制備多孔陶瓷。o溶膠溶膠- 凝膠法主要利用凝膠化過程中膠體粒凝膠法主要利用凝膠化

3、過程中膠體粒子的堆積以及凝膠處理過程中殘留的小氣孔，子的堆積以及凝膠處理過程中殘留的小氣孔，形成多孔結(jié)構(gòu)。形成多孔結(jié)構(gòu)。o缺點是采用大量的有機物，成本高，產(chǎn)量低。缺點是采用大量的有機物，成本高，產(chǎn)量低。o品孔尺寸很不均勻品孔尺寸很不均勻o孔徑分布范圍較寬孔徑分布范圍較寬o孔結(jié)構(gòu)形態(tài)難以控制孔結(jié)構(gòu)形態(tài)難以控制o孔排列雜亂無序孔排列雜亂無序o而且都需要添加劑，無法避免陶瓷相的污染而且都需要添加劑，無法避免陶瓷相的污染問題。問題。o植物在長期的進化演變過程中，植物在長期的進化演變過程中，形成了完美獨特的結(jié)構(gòu)組態(tài)：形成了完美獨特的結(jié)構(gòu)組態(tài)：o多級分布的管狀或胞狀結(jié)構(gòu)多級分布的管狀或胞狀結(jié)構(gòu)o發(fā)達的孔隙

4、和排列有序的孔道發(fā)達的孔隙和排列有序的孔道o孔徑分布從納米級到毫米級孔徑分布從納米級到毫米級向日葵髓芯的sem照片玉米稈芯的sem照片高粱桿芯的sem照片o將植物干燥，然后在惰性氣氛中高溫熱解，將植物將植物干燥，然后在惰性氣氛中高溫熱解，將植物轉(zhuǎn)化為碳模板。在熱解過程中，由于生物聚合物的轉(zhuǎn)化為碳模板。在熱解過程中，由于生物聚合物的分解，釋放出分解，釋放出h2o、co2、co 等輕物質(zhì)，而組等輕物質(zhì)，而組成細胞壁的高聚物重新聚合，轉(zhuǎn)化為碳骨架。與原成細胞壁的高聚物重新聚合，轉(zhuǎn)化為碳骨架。與原始植物相比，碳模板有始植物相比，碳模板有70-90% 的失重和各向異的失重和各向異性的收縮。性的收縮。o通

5、過不同的硅化過程將碳模板轉(zhuǎn)化為通過不同的硅化過程將碳模板轉(zhuǎn)化為sic，如，如氣相氣相滲硅滲硅、液相滲硅液相滲硅以及以及溶膠凝膠溶膠凝膠- 碳熱還原碳熱還原等方法。等方法。目前，主要針對高粱、木材和竹子進行了研究。目前，主要針對高粱、木材和竹子進行了研究。o高粱外表呈球形或橢球形，其顆粒直徑約高粱外表呈球形或橢球形，其顆粒直徑約4mm，內(nèi)部由不同大小的細胞組成，熱解，內(nèi)部由不同大小的細胞組成，熱解轉(zhuǎn)化為碳模板后，細胞壁形成碳骨架，碳模轉(zhuǎn)化為碳模板后，細胞壁形成碳骨架，碳模板內(nèi)部呈多級體系的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。板內(nèi)部呈多級體系的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。高粱經(jīng)高溫處理后碳模板外觀形貌高粱經(jīng)高溫處理后碳模板外觀形貌高粱碳

6、模板呈類球形，顆粒直徑約為高粱碳模板呈類球形，顆粒直徑約為3mm，基本保持了高粱的外觀形貌，基本保持了高粱的外觀形貌panorama碳化處理后，保持了高粱的蜂窩狀細胞碳化處理后，保持了高粱的蜂窩狀細胞結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由大小不同的圓形或橢圓形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部由大小不同的圓形或橢圓形孔組成，孔道相連孔組成，孔道相連outer surfaceocross section剖面分析顯示剖面分析顯示sic 的微觀形貌、孔的微觀形貌、孔徑排列和分布與碳模板相似徑排列和分布與碳模板相似質(zhì)量的損失和各向異性的收縮并不質(zhì)量的損失和各向異性的收縮并不會改變生物物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)會改變生物物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)o木材為天然形成的具有各向異性

7、結(jié)構(gòu)的復(fù)合體，其木材為天然形成的具有各向異性結(jié)構(gòu)的復(fù)合體，其管胞沿軸向的優(yōu)先取向為利用各種滲入技術(shù)將木材管胞沿軸向的優(yōu)先取向為利用各種滲入技術(shù)將木材轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴杞Y(jié)構(gòu)和功能的多孔陶瓷提供了可能，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴杞Y(jié)構(gòu)和功能的多孔陶瓷提供了可能，可以用作模板制成具有類似木材微觀、介觀和宏觀可以用作模板制成具有類似木材微觀、介觀和宏觀結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。o液相滲硅液相滲硅o張荻等人以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物結(jié)構(gòu)為張荻等人以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物結(jié)構(gòu)為模板，預(yù)處理后經(jīng)硅樹脂浸漬與耦合處理，制備具模板，預(yù)處理后經(jīng)硅樹脂浸漬與耦合處理，制備具有保持植物纖維原始形態(tài)的多孔碳化物陶瓷有保持

8、植物纖維原始形態(tài)的多孔碳化物陶瓷氣相滲硅法椴木木炭和多孔sic 的sem 照片對照先將橡木轉(zhuǎn)化為先將橡木轉(zhuǎn)化為碳模板，然后將碳模板，然后將模板放入坩堝，模板放入坩堝，坩堝底部裝有坩堝底部裝有si粉，粉，升溫至升溫至1500-1600，熔融的，熔融的si 變成氣態(tài)，通過變成氣態(tài)，通過碳模板的孔洞，碳模板的孔洞，反應(yīng)后形成反應(yīng)后形成sic。flow chart for the fabrication process of porous sic ceramic with oak wood microstructureo木材相比，竹子具有生長速度快、組織結(jié)構(gòu)木材相比，竹子具有生長速度快、組織結(jié)構(gòu)簡單、抗彎強度高的特點。簡單、抗彎強度高的特點。o竹炭的孔隙包括大孔隙、中孔和微孔，比表竹炭的孔隙包括大孔隙、中孔和微孔，比表面積可達面積可達360m2/g，是普通木炭的，是普通木炭的2-5 倍，其豐富的孔隙分布和高比表面積使其具倍，其豐富的孔隙分布和高比表面積使其具有良好的吸附特性，可作為吸附制件、催化有良好的吸附特性，可作為吸附制件、催化劑載體的理想選擇。劑載體的理想選擇。竹子、竹