孔陶瓷的使用可以追溯到19世紀70年代,到了20世紀70年代,一些發達國家如美國、日本在此種材料上的開發及使用上得到了長足的發展。1963年Swchard發明了一種制造高氣孔率多孔陶瓷的方法,即有機泡沫浸漬法,使多孔陶瓷的制備又邁上了一個新的起點。在70年代初,歐美國家就積極開展該工藝的研究,并研制出可過濾大多數有色金屬和合金鑄件的多種材質的泡沫陶瓷過濾器,這些國家已有先進的成型、燒成設備和完善的生產工藝制度,可實現大規模連續化生產。
傳統多孔陶瓷僅有30%~50%的氣孔率,泡沫陶瓷則具有80%~90%極高氣孔率,并具有泡沫狀的彎曲孔道結構,使之作為過濾器件具有更優良的性能。隨著技術的不斷發展,泡沫陶瓷的制備也獲得了驚人的進步。美國的Ultramet公司,利用有機體的泡沫骨架,用CVD/CVI法將泡沫陶瓷料漿噴涂在骨架上,可獲得高孔筋密度的產品,大大提高了產品的機械性能。目前,世界上生產泡沫陶瓷最大的廠家是美國Astro和Sele公司。自行生產泡沫塑料前驅體,采用浸漬輥壓成型機成型,坯體為微波干燥,高溫輥道窯采用計算機監控連續燒成,整個生產工藝達到了很高的技術水平。
在國外,自1978年起就已經將泡沫陶瓷過濾器用作鋁合金鑄件的過濾,并取得了良好的效果。1984年美國Consolicated鋁合金公司首先使用高溫下充分燒結的“Selee/Fe”泡沫陶瓷過濾器過濾普通碳鋼和馬氏體時效硬化不銹鋼,取得了滿意的效果。近年來國外已研制出能滿足各種性能需要的泡沫陶瓷過濾器,在過濾鋁、銅、鋅、錫這些有色金屬及低熔溫度合金時,通常用比重為0.35~0.55g/cm3的堇青石/氧化鋁混合材料。在冶煉黑色金屬和它們的合金時,由于化學活性和澆鑄溫度高,通常使用SiC質的具有較好化學穩定性的高溫泡沫陶瓷過濾器。不同氣孔率的過濾器應用于不同的鑄鐵件,通常把12個氣孔/cm的小型過濾器用于可鍛鑄鐵的澆鑄,8個氣孔/cm的過濾器用于灰口鐵的精煉,4個氣孔/cm的過濾器用于鑄造高強度的球磨鑄鐵制造大型鑄件。目前,日本、美國、英國、德國等國家,大多使用氧化鋁、二氧化鋯以及莫來石制成的泡沫陶瓷過濾器。使用泡沫陶瓷過濾器過濾熔融金屬時,與以往使用的陶瓷顆粒燒結體、玻璃纖維布、陶瓷顆粒相比不但操作簡單,節省能源,降低成本,而且過濾均勻,離散較小,過濾效率高。
我國1954年才開始進行多孔陶瓷材料的研究工作,泡沫陶瓷的研究起步較晚,在80年代才開始這方面的研究工作。與發達國家相比,我國在多孔材料的研究及生產上還有很大的差距,一些高性能多孔材料的研制還停留在實驗室階段,科技與生產力的轉化率較低,但經過我國材料學界科學工作者多年的努力,仍取得了較大的進步。而且部分產品已投入市場。
泡沫陶瓷的應用發展有以下幾個方面:
(1)泡沫陶瓷主要應用于金屬熔液的過濾。金屬過濾技術自 20 世紀 70 年代開始,經過多年的快速發展,產品種類已出現很多,如:碳化硅質、氧化鋯質、氧化鋁質氧化鎂等,應用方面也由最初的鋁液過濾到鑄鐵、鑄銅、鑄鋼、鎂合金等領域,目前在國內泡沫陶瓷過濾器主要應用于汽車配件、柴油機配件、壓縮機、風電鑄件、高檔機床鑄件等,并在很大程度上提高了我國鑄件的品質和競爭力,同時增加了鑄造企業的利潤。
(2) 作為催化劑載體應用到汽車尾氣處理上等。目前國內對汽車必須配備尾氣裝置的呼聲很高,汽車制造廠也決心進行這項工作。汽車尾氣處理裝置的核心部分是這種泡沫陶瓷催化系統。泡沫陶瓷可以作為催化劑載體,將催化劑(如貴金屬Pt,Ru等)沉積在基體內部氣體表面上,或者陶瓷本身是催化劑,而后者可能更吸引人。
(3) 節能始終是人類的一大難題,各種廢熱氣不僅浪費能源,而且還產生嚴重的環境污染,因此,對廢熱氣等的處理值得重視。
(4) 作為過濾器使用,用于水源凈化、空氣凈化、污染處理等方面。在各種化工過濾特別是食品、醫藥等方面的應用,以其耐蝕、耐藥的優點令人感興趣。
(5) 更新性能的獲得,特別是電化學、光學技術等領域應用的新型多孔材料,有許多獨有的特點。泡沫陶瓷是一種新型功能陶瓷,對產業中許多重要的基礎性工業十分有利,很值得注意和開發。
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