Получение и свойства пористой алюмооксидной керамики

Что такое пористая глиноземистая керамика и ее значение

Пористая глиноземистая керамика - это класс глиноземистых (Al2O3) материалов с контролируемым распределением пор, от очень мелких микропор (<2 нм) до значительно более крупных макропор (>50 нм). Соотношение объемов пор, от примерно 10 % до более 90 %, тщательно контролируется с помощью таких методов, как спекание, анодирование или жертвенное темплатирование, и может значительно отличаться от чистого, твердого глинозема.

Уникальность этой керамики заключается в ее термической стабильности; она может выдерживать температуры до 1700°C без разрушения. По своим химическим свойствам они инертны и устойчивы к коррозии как в кислой и щелочной среде, так и в органической. Размер и распределение пор можно регулировать, обычно от 5 нм до сотен микрометров. Несмотря на пористую структуру, они сохраняют высокую механическую прочность, которая часто превышает 50 МПа в зависимости от пористости. Они также демонстрируют отличную теплоизоляцию, обладая теплопроводностью от 0,1 до 0,5 Вт/мК. Они также демонстрируют отличную электроизоляцию, имея удельное сопротивление выше 10^12 Ом-см.

Области применения, требующие пористых структур

Пористые материалы имеют множество применений. При фильтрации жидкостей мельчайшие отверстия задерживают частицы. В катализе большая площадь поверхности облегчает химические реакции. В медицине применение керамики в качестве основы для выращивания клеток - подходящий пример пористых материалов. При теплоизоляции зданий наличие пор в материалах предпочтительно, так как они уменьшают поток тепла. Практические примеры свидетельствуют об улучшении характеристик материалов, содержащих поры.

Важность пористости и микроструктуры

Расположение пор напрямую связано с эксплуатационными характеристиками. Небольшие изменения в размерах пор влияют на прочность и надежность. Хорошо организованное распределение пор гарантирует, что структура будет прочной и устойчивой, выполняя при этом свои функции. Опытные инженеры понимают, что для обеспечения высокой надежности очень важно найти правильный аккорд в отношении характеристик микроструктуры, а технологический процесс - это инструмент, который помогает этого добиться. Различные результаты могут быть получены из-за незначительных различий.

Производство пористой алюмооксидной керамики

Существует ряд перспективных способов производства. Один из наиболее распространенных процессов производства глиноземистой керамики предполагает использование порообразователя, который может либо выгорать, либо растворяться. Сублимационное литье предполагает возгонку частиц застывшего глинозема из глиноземной суспензии. Существует даже прямое вспенивание. Глиноземную пасту можно смешать с воздухом, чтобы получить пузырьки, которые превращаются в поры.Каждый метод влияет на распределение пор по размерам и общую прочность.

Контроль пористости и микроструктуры

Сделать ее красивой и однородной довольно сложно. Важными факторами здесь являются степень концентрации порошка, доля добавляемого в него вещества, известного как порообразователь, и температуры на этапах спекания. Увеличение доли порошка приводит к образованию менее пористой керамики, в то время как увеличение доли порообразователя увеличивает ее пористость. Затем изменяется время спекания, чтобы обеспечить хороший рост зерен.

Физические, механические и функциональные свойства

Физически пористая алюмооксидная керамика обладает превосходными свойствами. Они демонстрируют твердость около 15 гигапаскалей и хорошую устойчивость к истиранию. Термическая стабильность этой керамики имеет высокое значение, превышающее 1500°C. По плотности эта керамика легче большинства других. Они обладают большой площадью поверхности, что значительно способствует катализу. Несмотря на пористость, они обладают хорошей механической прочностью. Они не вступают в реакцию, и это свойство полезно в экстремальных условиях.

Области применения пористой алюмооксидной керамики

Такая керамика находит применение в самых разных областях. В фильтрах для воды и воздуха они служат материалом для улавливания нежелательных частиц. При химической обработке высокая площадь поверхности способствует созданию катализаторов, ускоряющих реакцию. В медицине они используются в качестве костных вставок и в тканевой инженерии, поскольку клетки легко растут на этих материалах. В высокотемпературной изоляции поры эффективно снижают поток тепла. Высокоэффективные теплозащитные экраны и футеровка печей используют пористые свойства глинозема.

Заключение

Пористая глиноземистая керамика - это прочный и эффективный материал. Их специально разработанные поровые структуры находят широкое применение как в промышленности, так и в здравоохранении. Методы получения и условия обработки высокоэффективны для формирования свойств их микроструктуры. Фильтраты, опоры для катализаторов, изоляторы и материалы для имплантатов - вот лишь несколько примеров того, как пористый глинозем может использоваться в самых разных областях.

Часто задаваемые вопросы

Какова область применения пористой глиноземистой керамики?

Фильтрация, катализ, биомедицинские имплантаты и изоляция

Как регулируется пористость?

Изменением переменных параметров обработки, а также добавлением порообразователей.

Каковы некоторые важные физические характеристики?

Высокая термическая стабильность, твердость около 15 ГПа и низкая плотность.