0前言

多孔陶瓷由于具有三維網狀結構、高氣孔率且氣孔相互貫通的特點，已經用于熔融金屬過濾器、高溫氣體過濾器、催化劑載體、多孔燃燒器以及生物醫學領域等。此外，它還用于制造金屬基一網狀陶瓷復合材料。根據使用Et的和對材料性能要求的不同，人們已制備出很多材質的網眼多孔陶瓷材料，如氧化硅、氧化鋁、莫來石、碳化硅、堇青石、碳化硅/氧化鋁、氧化鋁/莫來石、氧化鋁/氧化鋯、莫來石/氧化鋯等。

多孔陶瓷材料的制備工藝很多，有擠出成型、添加造孔劑、陶瓷漿料直接發泡、模板法等。最常用的制備工藝是有機泡沫浸漬工藝_7j，相對于其他成型方法，具有工藝簡單、成本低的優點。有機泡沫浸漬工藝是以具有三維開孔結構的有機泡沫作為有機模板，經過預處理，將具有一定觸變性的漿料涂覆在模板上，干燥后脫膠，最后高溫燒結得到具有網狀結構的多孔陶瓷。在工藝過程中，最為關鍵的一個步驟是有機泡沫的漿料涂覆，因為涂覆的效果直接決定著網眼多孔陶瓷最終的結構和性能。這一過程不僅要保證泡沫體涂覆上漿料，而且要把多余的漿料除去，且不能有堵孔。有機泡沫體與水基漿料之問的潤濕性與粘附性是影響涂覆質量的一個重要因素，而涂覆質量的好壞直接影響著最終制品的結構和性能，所以對有機模板進行預處理是工藝中的一個重要環節。

隨著人類環保意識的增強，在陶瓷的濕法成型工藝中，如澆注成型、流延成型等，多傾向采用無毒、無污染的水基漿料。同理，在目前的有機泡沫浸漬工藝中幾乎無一例外地采用水基漿料。由于漿料是水基的，而泡沫體模板是有機的，兩者相容性和粘附性很差，所以漿料往往不能充分潤濕泡沫體，從而使掛漿不均勻，掛漿量不高，導致制備的多孔陶瓷有很多缺陷。首先，有機泡沫體的孔筋上漿料涂覆不均勻。根據有機泡沫體的生產工藝，孔筋的橫截面都是凹三角形的，在3個尖銳棱角處更難以涂覆上漿料，特別是在孔筋較細部位的涂覆更是困難。其次，在涂覆過程中，會有個別部位沒有潤濕，根本沒有涂上漿料，從而導致涂覆的不連續性，在有機泡沫體的排出過程中，在孔筋表面產生大的裂紋、空洞等缺陷。

上述這些非常細、表面具有裂紋的孔筋嚴重降低了材料的力學性能和可靠性。如果在實際應用中受力，在孔筋缺陷附近往往會出現應力集中，當超過材料的應力極限時就會導致災難性的破壞。所以，提高有機泡沫體與水基漿料之間的潤濕性和粘附性，從而增加涂覆的均勻性和涂覆厚度，減少脫膠過程中的缺陷數量，是提高材料的力學性能及可靠性的有效途徑。近年來，為了提高涂覆厚度和均勻性，得到高強度、高可靠性的多孔陶瓷材料，大多研究均集中在了掛漿工藝的改進方面；而關于有機模板處理方面的報道，除了專利以外，并沒有相關文章出現。

通過對有機泡沫表面用粘結劑進行處理，使表面與漿料的粘附性增加，從而使掛漿量提高。在浸漬前，Ra—vault~采用聚合物溶液、二價和三價金屬離子溶液等對有機泡沫進行表面改性。有機泡沫體在浸漬時，表面的漿料會發生凝聚，從而提高掛漿量，使掛漿更加均勻。但是以上方法都有各自的缺點。有機纖維和石墨纖維表面一般都不親水，這種方法只是通過增加表面的粗糙度來提高潤濕性。而后兩者并沒有考慮到所加的改性劑對漿料會有不利的影響。

本文以硅溶膠為表面改性劑，從兩個方面人手對有機模板進行了處理：一方面通過增加表面的粗糙度來提高漿料對有機泡沫體的潤濕；另一方面通過溶膠對表面進行改性。對處理前后有機模板的表面形貌及模板的力學性能進行了研究。

1實驗

采用具有貫通氣孔、孔徑為10PPI(Poresperinch)的軟質聚氨酯泡沫作為模板。有機模板的尺寸為10arm×20mm×120arm。

選用具有親水性的硅溶膠作為有機模板的表面改性劑。選用耐火級氮化硅粉(s。一3ifer)為主要陶瓷組分，氧化鋁微粉(coAl2O。，99.16，d5o=0.62m)和粘土作為燒結助劑，羧甲基纖維素(CMC)作為漿料流變調節劑，硅溶膠(25.7，pH一8.549.5)作為粘結劑。漿料的制備：首先將去離子水、CMC溶液(4％)和硅溶膠置于球磨筒中混合均勻，然后加入陶瓷粉，球磨介質為氮化硅球，球料比為3：1。放入行星式球磨機中球磨2h后加入消泡劑，繼續球磨0.5h，即可用于浸漬成型。處理工藝流程如圖1所示，試樣經過洗滌后，在60℃下烘干。然后用1mol/LNaOH溶液處理24h，洗滌干燥。最后，用硅溶膠對表面進行改性，以增大有機模板與水基漿料之間的粘附性與潤濕性，提高掛漿量和均勻性。

用光學顯微鏡觀察處理過程不同階段有機模板表面形貌的變化。為了考察模板處理后其回彈能力的變化，用INSTRON一5566型材料試驗機測定了處理前后應變一應力曲線。測試試樣尺寸為lOmmX20mmX120mm，加載速率為3mm/min，應變為5O。

2結果和討論

2.1表面改性對表面形貌的影響

根據固體表面的潤濕理論口，本工藝從兩個方面來增加模板與水基漿料之間的粘附性和潤濕性，從而使掛漿更容易，更均勻。①通過對表面進行改性，使憎水的有機表面變為親水的極性無機表面；②在潤濕的情況下，通過增加表面粗糙度，進一步提高兩者之間的潤濕性。

首先把購買的聚氨酯泡沫體用清水進行洗滌，去除表面的灰塵等雜質，干燥。然后把有機泡沫放入1mol/LNaOH溶液中浸泡24h，洗滌、干燥。這一步的目的是通過用強堿溶液對多孔結構進行腐蝕，一方面鈍化多孔泡沫體孔筋尖銳的三角棱邊，使其容易被水基漿料涂覆，同時還可以除去生產過程中產生的孔間薄膜，防止涂覆時產生堵孔；另一方面，對孔筋表面進行腐蝕，增加表面的粗糙度，提高與水基漿料之間的潤濕。這一步處理以后，泡沫體表面的光學顯微照片如圖2(a)所示。可以看出，表面已被腐蝕出了一些坑，表面的粗糙度增加，說明孔問細小的薄膜完全可以被腐蝕，并通過洗滌除掉。把上一步處理好的有機泡沫放入硅溶膠中24h，并不斷輕輕攪拌，取出后離心甩去多余的硅溶膠，室溫干燥。泡沫體表面的光學顯微照片如圖2(b)所示。可以看出，表面被覆有一層呈“皺紋”狀的薄膜，這種薄膜是硅溶膠干燥以后所生成的si-O_網絡涂層，具有強的親水性。表面的粗糙度進一步增加，并且經過表面改性，泡沫體表面已經由憎水的有機表面變為親水的無機表面，與水基漿料之間的潤濕性進一步提高。

2.2表面改性對模板回彈性的影響

在有機泡沫體浸漬工藝中，需要模板具有一定的回彈能力，從而經過壓縮或者拉伸以后，能保證最終制品的結構和形狀，特別是當漿料的粘度很高時，如果回彈力不夠，模板將不能克服漿料的粘滯力而恢復到原來的形狀。因此有必要考察有機泡沫體的處理對有機泡沫體的力學行為的影響。孔徑為10PPI的有機泡沫體處理前后受壓時的應力及應變曲線分別如圖3所示。

從圖3中可以看出，壓縮曲線均可以分為3個階段，線彈性階段、彈性屈服平臺和密實化階段。經過第二步堿液處理以后，屈服平臺明顯降低，這是由于NaOH溶液對模板有一定的腐蝕作用，泡沫的結構受損，彈性模量有一定程度的下降，回彈性降低。但是，再經過硅溶膠表面改性后，模板的彈性模量顯著增加，彈性屈服平臺明顯抬高，說明模板經過表面改性后彈性顯著提高。綜上所述，雖然有機多孔模板經過NaOH溶液處理以后，模板結構受到一定的侵蝕，回彈能力有一定的降低，但經過親水性溶液表面改性以后，回彈能力和屈服強度顯著提高。同時也說明，用來改性的無機涂覆層與模板基體之間的結合力比較強，因為在泡沫體荷載時，硅溶膠覆層并沒有因為受力而脫落，反而對泡沫體有一定的支撐作用。且，有機模板回彈能力提高，可以使用更高粘度的漿料，從而獲得盡可能高的掛漿量。

2.3表面改性對漿料涂覆的影響

分別將處理前后的模板浸入漿料后，為更好地考察表面處理對涂覆過程的影響，離心時采用了非常高的轉速以去除多余漿料。由于兩者相容性及表面粗糙度的提高，漿料在有機模板上的涂覆均勻性進一步提高，處理前后的涂覆連續性和均勻性的變化如圖4所示。由圖4(a)可以看出，由于模板與漿料之間的潤濕性極差，相同條