摘要
泡沫陶瓷材料因具有特殊的孔隙结构和优异的耐高温性，而被广泛应用到建筑保温、火炮防热结构、金属过滤、吸声隔音、高温隔热等多领域。本文针对高温隔热应用方面,设计实验制备了Al2O3、ZrO2两种不同泡沫陶瓷，都是采用机械搅拌起泡法，辅以离子表面活性剂发泡，纤维增韧，再结合添加成型剂凝胶注模制备所得。确定了制备泡沫陶瓷制品所需的原料，包括制备氧化锆泡沫陶瓷的锆溶胶和氧化锆纤维等。并对材料制备工艺中的各个环节的工艺参数和微观组织形貌进行了测试和研究。研究结果包含以下三部分： 首先，采用发泡凝胶注模工艺制备两种泡沫陶瓷，研究了发泡工艺制备泡沫陶瓷中发泡体系成分的选择和加入量对发泡效果的影响，测试了发泡效果的发泡体积，实验结果表明：以松香酸钠和AES以1：1的复配作为发泡剂，确定加入0.65wt%的CMC的稳泡剂，陶瓷的发泡体系发泡效果最佳。 之后，研究了两种泡沫陶瓷的制备工艺所用其它成分的选择和用量对各样品性能的影响，分别测试了Al2O3和ZrO2泡沫陶瓷的孔隙率、密度、抗压强度和热导率，结果表明：两种材料都具有较高孔隙率、良好的隔热性能。Al2O3陶瓷气孔率为73.3~90.2%之间，抗压强度为4.87~6.51MPa，导热系数最低可达0.209W/(m·k)；ZrO2陶瓷气孔率为74.8~88.4%之间，抗压强度为3.46~4.78MPa，导热系数最低可达0.139W/(m·k)。热导率随泡沫陶瓷孔隙率的减小而增大，密度随着孔隙率的增大而减小。对比不难发现，Al2O3泡沫陶瓷的抗压强度略微大于ZrO2泡沫陶瓷，而其热导率略高于ZrO2泡沫陶瓷。相比较市场同类产品，两者皆保证了优良的孔隙隔热性能，同时抗压强度最多能提高25%。 最后，综合研究了发泡凝胶工艺其它外部参数对陶瓷性能的影响，包括搅拌速率和时间、烧结温度。测试了不同搅拌速率和时间下气泡的数量和分布均匀性、孔径的分布形貌，以及不同烧结温度下陶瓷材料的密度、孔隙率、抗压强度。结果表明：搅拌速率越快且所用时间越短，如1500r/min速率下搅拌15min，陶瓷孔隙结构性能更好；随烧结温度升高孔隙率降低，抗压强度会升高，烧结线收缩率会随之升高而增大，同时重烧线收缩率减少。
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