【摘 要】
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多孔陶瓷以高孔隙率和化学稳定性广泛应用于日常生活的很多方面,但是陶瓷材料固有的脆性导致其力学性能较差,限制了其应用。利用冷冻干燥法制备的多孔陶瓷,其在冷冻方向上的力学性能得到了很大提升,但是在其他方向上的力学性能是各向异性且不稳定的,这是导致多孔陶瓷失效的潜在原因。针对这些问题,本课题采用一种新颖的冷冻干燥法来制备具有层状孔并且呈对称结构的多孔Al2O3陶瓷。以模具构建多个冷源同时对冰晶的生长产生
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多孔陶瓷以高孔隙率和化学稳定性广泛应用于日常生活的很多方面,但是陶瓷材料固有的脆性导致其力学性能较差,限制了其应用。利用冷冻干燥法制备的多孔陶瓷,其在冷冻方向上的力学性能得到了很大提升,但是在其他方向上的力学性能是各向异性且不稳定的,这是导致多孔陶瓷失效的潜在原因。针对这些问题,本课题采用一种新颖的冷冻干燥法来制备具有层状孔并且呈对称结构的多孔Al2O3陶瓷。以模具构建多个冷源同时对冰晶的生长产生影响。通过改变冷源分布、模具的高径比以及陶瓷浆料的固含量,研究其对Al2O3多孔陶瓷孔形貌的影响。此外,在冷冻过程中施加静电场和磁场,研究多元外场对多孔陶瓷孔结构及力学性能的影响。取得的研究结果如下:（1）冰晶沿多个冷源所决定的矢量面中生长,通过改变冷源分布,制备出具有对称结构的Al2O3多孔陶瓷,模具高径比的不同构建出不同的温度场,温度梯度的变化对Al2O3多孔陶瓷孔形貌产生一定影响;（2）采用多冷源冷冻干燥法制备的Al2O3多孔陶瓷,当浆料固含量从20%增加到40%时,Al2O3多孔陶瓷的孔隙率逐渐降低,但与传统冷冻干燥法制备出的多孔陶瓷相差较小。与传统冷冻干燥法制备的氧化铝多孔陶瓷相比,多冷源冷冻干燥法制备的多孔陶瓷在侧面方向的力学性能提高了近2倍;（3）在冷冻过程中施加静电场,冰晶沿电场线方向生长较快,随着电场强度的增大,Al2O3多孔陶瓷的孔道均沿电场线方向排列,当电场强度达到150 kV/m时,Al2O3多孔陶瓷的顶部中心区域有相互贯穿的直通孔,当电场强度从0 kV/m增大到150 kV/m时,Al2O3多孔陶瓷的孔隙率有小幅增大,侧面抗压强度从8.93 Mpa增大到17.63 Mpa;在冷冻过程中施加磁场,Al2O3多孔陶瓷的孔隙率随着磁场强度的增大而减小,当磁场强度从0 KGs增大到12.8 KGs时,孔隙率从50.1%减小到43.5%,抗压强度从42.16 Mpa增大到51.87 Mpa。
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