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多孔Al_2O_3陶瓷膜制备及性能研究

李鹏  
【摘要】:本文以核工业含放射性颗粒的废液过滤为背景,以Al2O3陶瓷为基体,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为粘结剂,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为增塑剂,乙醇为溶剂,勃姆石、炭粉、PL-3为成孔剂,采用流延工艺制备多孔Al2O3陶瓷流延膜生坯,经低温排胶,高温烧结,得到多孔Al2O3陶瓷膜。研究了增塑剂用量对流延浆料粘度、流变特性的影响,复合粉体添量对流延膜密度、断裂伸长率和均匀性的影响,分析了成孔剂对Al2O3多孔陶瓷膜孔隙率、孔径分布等性能的影响,利用扫描电镜对Al2O3多孔陶瓷膜的微观形貌进行表征和分析。研究结果表明:采用流延工艺,在m(PVB):m(DBP):m(复合粉体):m(乙醇)=1:0.8:7:7.3时,流延浆料和Al2O3多孔陶瓷流延膜的性能最佳。浆料的粘度为9220mPa·s,制备出的流延膜的密度为2.27g/cm3,厚度为0.254mm,开气孔率为13.91%,断裂伸长率为45.77%。随着成孔剂的加入,浆料粘度上升,流延膜密度和断裂伸长率均下降,厚度上升。通过热失重分析和实验研究,确定了 Al2O3陶瓷流延膜排胶工艺和烧结工艺。在1500℃为烧结温度,烧结时间为120min,制备的Al2O3陶瓷膜性能最佳。对成孔剂的研究发现,成孔剂勃姆石、炭粉、PL-3的种类不同,陶瓷膜所形成的孔结构不同,成孔剂的添量对孔隙率和孔径有重要影响,在Al2O3陶瓷流延浆料中添加5wt%至20wt%不同的成孔剂,PL-3为成孔剂制备得到的多孔Al2O3陶瓷膜的性能最佳,成孔剂添量为5wt%时,孔隙率为31.06%,孔径为0.69μm;成孔剂添量为20wt%时,孔隙率为51.52%,孔径为1.11 μm。通过系统的试验和优化确定多孔Al2O3陶瓷膜的最佳组成和工艺为:m(PVB):m(DBP):m(复合粉体):m(乙醇)=1:0.8:6.3:7.3配制流延浆料,以PL-3为成孔剂,添加量为15wt%,烧结温度为1500℃,烧结时间为120min。制备的多孔Al2O3陶瓷膜孔结构为圆形,孔径为0.99μm,孔隙率为44.85%。


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