冻干多孔陶瓷其形貌和性能受多种因素影响,主要有:溶剂种类、固相含量、冷冻温度、烧结温度、烧结保温时间等。
1、溶剂种类
通过冷冻干燥技术获得的多孔陶瓷,其孔本质上是对溶剂晶体的复制,换言之,溶剂晶体的微观结构决定了多孔材料的微观结构,因此溶剂种类的选择非常重要。在冷冻干燥技术中溶剂分为水系和非水系。
水由于环保且廉价,是冷冻干燥法中最为普遍的溶剂,以水为溶剂所获得的多孔结构往往呈现薄片状的形貌。这是因为当冰的生长完成柱状的转变后,它会呈现很强的各向异性,在平行于温度梯度的方向上会快速地生长,而在厚度方向的生长却非常有限。多孔结构就是对冰的结构的反向复制。
2、固相含量
由于多孔陶瓷的孔洞是水在凝固后升华所留下的孔隙,所以固相含量高低对于多孔陶瓷的孔形貌有着直接的影响。从下图可见,随固相含量的增加,气孔率会减小,这是由于浆料中液态介质的含量下降,冷冻后形成的冰晶相对较少,冰晶升华后留下的孔隙比例随之也减少。另外,在相同的烧结温度下,抗压强度也会随着固相含量的增加而增加。
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