材料的组成与结构对多孔陶瓷耐腐蚀性能的影响

【摘要】： 多孔陶瓷因其特殊的孔结构和陶瓷本身的特殊性能,使其成为一种性能优异、作用独特和应用广泛的新型陶瓷材料。为了适应本世纪发展生物技术、能源利用及控制和改善环境的需要,多孔陶瓷的开发和应用将会获得飞速发展。目前,在多孔陶瓷材料的诸多性能中,提高耐腐蚀性能已成为其加快发展和应用的关键之一。多孔陶瓷材料的耐腐蚀性能与其组成和结构密切相关,本研究以性能较好、应用较多的氧化铝陶瓷为基础材质,通过掺入Cr3+、Zr4+离子,提高氧化铝基多孔陶瓷的耐酸碱腐蚀性能。 在氧化铝基体中分别添加Cr_2O_3,Zr(OH)_4和ZrO2,讨论了不同添加量、烧结温度与Al_2O_3多孔陶瓷材料性能的关系;通过SEM、XRD、气孔率、质量损失率、抗折强度等分析测试方法,研究Cr3+、Zr4+离子掺加量对气孔率、腐蚀性溶液中的质量损失率、腐蚀前后的抗折强度等性能的影响,分析了腐蚀前后的显微结构变化,探讨了掺入Cr3+、Zr4+离子对Al_2O_3多孔陶瓷耐腐蚀机理。 通过大量实验及分析得出如下结论:(1)利用Zr(OH)_4烧结分解所得的高烧结活性ZrO2细粉,促进了位于氧化铝颗粒连接部位的氧化锆颗粒的粗化,强化了氧化铝颗粒的颈部连接,提高了耐腐蚀性能。(2)高温下Cr_2O_3与Al_2O_3能够形成连续固溶体,有抑制晶粒长大的作用,耐腐蚀性能较好。(3)掺入Cr3+、Zr4+离子后的Al_2O_3多孔陶瓷试样的质量损失率随腐蚀液浓度的提高和腐蚀时间的加长而呈增加趋势,但质量损失率相对平缓,明显低于对比试样。(4)研制的试样在80℃时的腐蚀速率大于常温下试样的腐蚀速率,但腐蚀后试样腐蚀速率相对对比试样下降幅度较小。实验结果表明:添加2%的Cr_2O_3的试样,1600℃保温2h,孔隙率为38%,经80℃、5mol/L的HNO3溶液中腐蚀10h后的质量损失率为0.11%,比对比样(质量损失率为0.305%)少0.195%。添加10%的Zr(OH)_4和10%的ZrO2试样,1550℃保温2h,孔隙率为35%,经80℃、5mol/L的HNO3溶液中腐蚀10h后的质量损失率为0.06%,比对比样少0.245%。