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【內含pdf】氣體吸附技術在陶瓷行業(yè)表征中的應用

來源:北京國儀精測技術有限公司   2023年04月14日 11:16  

摘要:氣體吸附技術是材料表面物性表征的重要方法之一,基于吸附分析能夠對陶瓷材料的比表面積、孔容及孔徑分布、真密度等參數(shù)進行精準的分析。進而可以考察材料的吸附、催化、導熱、吸音和抗震等多種性能,助力先進陶瓷材料的快速高質量發(fā)展。

陶瓷是以粘土為主要原料,并與其他天然礦物經(jīng)過粉碎混煉、成型和煅燒制得的材料以及各種制品,是陶器和瓷器的總稱。隨著現(xiàn)代高新技術的發(fā)展,先進陶瓷已逐步成為新材料的重要組成部分,由于先進陶瓷特定的精細結構和其高強、高硬、耐磨、耐腐蝕、耐高溫、磁性、半導體以及壓電、聲光、生物相容等一系列優(yōu)良性能,被廣泛應用于國防、化工、冶金、電子、機械、航天、生物醫(yī)學等國民經(jīng)濟的各個領域。

 

01 先進陶瓷材料的分類

先進陶瓷,按化學成分可分為氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷、硼化物陶瓷、硅化物陶瓷、氟化物陶瓷、硫化物陶瓷等。按性能和用途可分為功能陶瓷和結構陶瓷兩大類。功能陶瓷主要基于材料的特殊功能,具有電氣性能、磁性、生物特性、熱敏性和光學特性等特點;結構陶瓷主要基于材料的力學和結構用途,具有高強度、高硬度、耐高溫、耐腐蝕、抗氧化等特點。

 

02氣體吸附技術助力陶瓷材料的性能研究

研究發(fā)現(xiàn),陶瓷材料的加工性能和功能屬性與其本身的物性參數(shù)有著密不可分的關系。例如,陶瓷材料的比表面積和孔徑分布與陶胚的加工和燒結固化、成品強度、質感和密度等有著緊密的聯(lián)系;一般來說,陶瓷原材料的比表面積越大,相應的燒結溫度就會較低,且燒結效率會更高。此外,對于多孔陶瓷材料來說,具有體積密度低,孔分布均勻且尺寸可控,孔隙率高、高比表面積等特性,使其具備廣泛的應用場景。因此,非常有必要對陶瓷材料的比表面積、孔徑分布和密度等物性參數(shù)進行表征。

 

03比表面積和孔徑分布在陶瓷材料表征中的應用

(1)碳化硅陶瓷材料表征案例

碳化硅(SiC)陶瓷材料具有良好的耐磨性、導熱性、抗氧化性及優(yōu)異的高溫力學性能,被廣泛應用于能源、環(huán)保、化工機械、半導體、國防等領域[1]。碳化硅陶瓷材料的應用經(jīng)歷了從低表面積發(fā)展成為多孔、高比表面積的方向

這其中多孔碳化硅材料是一種兼具結構性和功能性的陶瓷材料,其不僅具有陶瓷基體的優(yōu)良性能,而且還具有較大的氣孔率、氣孔表面積以及可調節(jié)的氣孔形狀、氣孔孔徑尺寸及其分布、氣孔在三維空間的分布及其連通性等。其豐富的孔徑結構使其可在嚴苛的環(huán)境條件下作為氣體、 液體(如熔融金屬)、 固體顆粒的過濾材料以及催化劑載體等[2]

以下是使用國儀量子自研的V-Sorb X800系列比表面及孔徑分析儀對碳化硅陶瓷材料的表征案例。測試前,樣品均在200℃真空條件下加熱1小時進行脫氣處理。在進行BET方程計算時,對于介孔、大孔以及無孔材料,P/P0選點范圍為0.05-0.3;對于微孔材料或者含有微孔結構的材料,其P/P0選點范圍一般會前置(大多數(shù)在0.01~0.1范圍)。從圖1可以看出,通過不同方法合成的SiC多孔陶瓷材料,其BET方程的P/P0選點在0.01~0.1,分別為60.24 m2/g,78.07 m2/g和106.74 m2/g,差異較大,研究者可以通過比表面積的測試結果來進行基礎性能的預估;此外,結合性能測試,其比表面積的大小也能為其分析作用機理做一個參考。

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圖1 SiC-01(左)、SiC-02(中)和SiC-03(右)的比表面積測試結果

除此之外,對其他碳化物陶瓷材料也做了相應的表征,以下是對碳化鎢(WC)陶瓷材料的表征。由圖2可知,BET方程的P/P0選點在0.05~0.3,其比表面積較小,但也能通過比表面積測試,將其差異精準的表征出來;此外,能對其生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性也做一個參考。

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圖2 WC-1(左)、WC-2(右)的比表面積測試結果

(2)氧化鋁陶瓷材料表征案例...

(3)二氧化鈦陶瓷材料表征案例...

(4)真密度表征中的實際應用案例...

更多應用實例請掃描下方二維碼獲取完整報告pdf

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04國儀精測V-Sorb X800系列

國儀精測V-Sorb X800系列比表面及孔徑分析儀采用靜態(tài)容量法測試原理,具備自動化操作,人性化的操作界面,簡單易學。產(chǎn)品技術通過機械工業(yè)聯(lián)合會科技成果鑒定,被歐美高校、科研實驗室選購使用,樹立了優(yōu)良的國產(chǎn)品牌形象。

 

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全自動比表面及孔徑分析儀V-Sorb X800系列

 

參考文獻:

[1] 李辰冉, 謝志鵬, 康國興, 等. 國內外碳化硅陶瓷材料研究與應用進展[J]. 硅酸鹽通報, 2020, 39(5): 1353-1370.

[2] 蔣兵, 王勇軍, 李正民. 多孔碳化硅陶瓷制備工藝研究進展[J]. 中國陶瓷, 2012 (11): 1-3.

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