题目：冷冻干燥法制备多孔氧化铝陶瓷

多孔陶瓷材料由于其发达的比表面积、可控制的微孔结构和高的气孔率等优良特性使它在气体液体过滤、化工催化载体、吸声减震、生物植入、传感器、净化分离、高级保温等各个方面都有着广泛的应用。冷冻干燥法作为一种新型的原位凝固胶态成型多孔陶瓷工艺，由于其操作过程简单、适用于各种粉体、孔结构容易控制、能够实现近净尺寸成型、环境友好等优点，近年来受到人们的广泛重视。但迄今为止，国内外对于在这种工艺下微观结构的形成过程并没有系统的报道，尤其关于冷冻干燥成型机理方面缺乏较深入的理论分析、其独特结构产生的原因也只是仅仅归结为相分离。鉴于此，本课题就工艺条件和分散状态对微观结构的影响进行了系统的研究。本课题以平均粒径为2.5μm、比表面积为5.869 m2/g的α-Al2O3粉体作为原料，运用胶体学理论，讨论了冷冻干燥过程中微观组织结构形成的主要机理，并系统的研究了冷冻干燥成型的各个工艺条件以及前期浆料分散状态对最终多孔陶瓷材料的微观孔结构和性能的影响，最终达到了方便有效地控制多孔陶瓷微观结构的目的，并且在后续的干燥、烧结过程中孔结构保持良好，是一种多孔材料近净尺寸成型技术，较好地解决了高孔隙率材料制备过程中收缩大的问题。首先主要研究了不同制备工艺条件对多孔陶瓷材料的影响，主要是通过调节浆料固体含量、冷冻温度、烧结温度、添加粘结剂、干燥保温时间等因素。结果表明：固体含量显著影响试样的强度和气孔率，当固体含量从20vol%提高到45vol%时，气孔率从75.6%下降到53.2%，抗压强度从11.54MPa升高到105.46MPa；冷冻温度和烧结温度对最终的孔径分布和微观结构有较大影响；粘结剂的添加对于多孔结构的保持很重要；干燥充分是烧结时能够保持冷冻微观结构的重要条件，从而基本实现净尺寸成型。然后从胶体学理论详细研究了冷冻干燥成型的机理以及浆料分散状态对多孔陶瓷材料微观结构的影响，主要通过调节分散剂添加量和浆料pH值来改变浆料分散状态。结果表明：浆料的分散状态直接影响着浆料中颗粒间的相互作用力，从而进一步影响到冷冻干燥过程中粉体的堆积状态和最终的微观多孔结构。当分散剂添加量低于其最佳添加值时，得到较粗大的宏观孔道和堆积紧密的孔壁；当pH值为碱性时，得到相对细小、曲折的宏观孔道，孔壁上粉体排布相对疏松。