第3期 熊林等：粉煤灰基多孔陶瓷过滤材料的制备和性能 321 62.67μm0.41~52514四041~45.21μm和 度却开始减弱，这可能是由于在更高的烧结温度下 0.43~3226μ四烧结温度的提高促进了多孔陶瓷 容易发生如下反应9 中液相的生成，使得小的气孔被填充或形成闭气孔， COA1O2S0(钙长石)+ 大的气孔则变成相对较小的气孔，从而导致多孔陶 1100-1400℃ 22Q(玻璃态)一 瓷的平均孔径减小，孔径分布范围变窄.在烧结温 3AQ2S0(莫来石)+CQ 度为1175℃时，多孔陶瓷的孔径分布相对集中，平 提高烧结温度有利于莫来石的生成，但影响的幅度 均孔径为15.19μ四显气孔率达43.389%，能够满足 有限，烧结温度的提高主要是促进了烧结过程中液 过滤材料的要求. 相的生成. 2.4烧结温度对气体通过量的影响 鉴于烧结温度对多孔陶瓷显气孔率和孔径分布 0M一莫来石3A1,0-2Si0,:H一赤铁矿F0 Q一石英Si0:A一钙长石Ca0A1,02Si0 有着重要影响，其势必会对多孔陶瓷的透气度产生 直接影响.图5为烧结温度对多孔陶瓷透气度的影 MM .1200℃ 响.从图5中可以看出，随着烧结温度的升高，透气 度逐渐下降.烧结温度小于1175℃时，透气度下降 人人LI75℃ 趋势相对平缓：烧结温度为1175℃时，多孔陶瓷的 透气度为075m。(m2.5)·P:当烧结温度大 人从入 1150℃ 于1175℃后，透气度急剧下降：烧结温度为1200℃ 时，透气度降到了0.18·(mr2。h')·Pr,比 1100℃ 10 20 30.4050607080 1175℃时下降了近80%.综上所述，要获得既有较 20 高强度又具有良好透过性能的粉煤灰基多孔陶瓷过 图6不同烧结温度下的多孔陶瓷XRD谱 滤材料，其烧结温度应选1175℃较为合适. Fg6 XRD pattens of the poous ceram is at different sintering tem Peratres 12 图7为不同烧结温度下粉煤灰基多孔陶瓷断面 09 的SM像.从图7中可以看出：烧结温度为1150℃ 0.6 时，样品内己出现烧结现象，但仍有部分粉煤灰颗粒 保持原来的形貌，样品结构较为疏松；当烧成温度升 高到1175℃时，样品内出现明显的烧结现象，粉煤 11001125115011751200 灰颗粒的边缘熔化变形，颗粒间黏结紧密，只有极少 烧结温度℃ 粉煤灰颗粒保持原来的形貌，但仍保持了较高的气 图5烧结温度对多孔陶瓷透气度的影响 孔率；当烧结温度进一步升高到1200℃时，样品内 F5 nfkerce of sntering tmpem ure an gas pemeabilit 的粉煤灰颗粒边界变得更为圆滑，颗粒间互相融合， 部分气孔被填充，气孔率显著下降.通过对比 2.5多孔陶瓷的物相组成与显微结构 图7（马~(9可知，在烧结温度为1175℃时，多孔 图6为不同烧结温度下的多孔陶瓷XRD谱图. 陶瓷内部结构较好，气孔发达，以三维交错的网状孔 由图6可知，烧结温度为1100℃时，多孔陶瓷的主 道贯穿其中，孔隙的内表面凹凸不平，具有很高的比 要晶相为莫来石(3AyQ°2S0)、石英(S0)钙长 表面积. 石(C0AQ2S0)和少量赤铁矿(F飞Q).莫来 石、石英和赤铁矿主要来源于粉煤灰，钙长石的出现 3结论 是因为黏结剂的加入提高了原料中的CO含量，在 (1)多孔陶瓷的显气孔率和吸水率随着造孔剂 高温下CO与硅酸盐类物质反应生成了钙长石.随 用量的增加而升高，抗弯强度和密度随着造孔剂用 着烧结温度的升高，多孔陶瓷中莫来石和钙长石的 量的增加而降低.在本实验条件下，造孔剂的用量 特征峰强度以及出现在20为20°~35的玻璃质弥 应不大于35%. 散峰都有所增强.当烧结温度提高到1200℃时，莫 (2)提高烧结温度可以有效提高多孔陶瓷的抗 来石的特征峰进一步略有增强，钙长石的特征峰强 弯强度，但随着烧结温度的升高，多孔陶瓷的显气孔第 3期 熊 林等:粉煤灰基多孔陶瓷过滤材料的制备和性能 62.67 μm、 0.41 ～ 52.51 μm、 0.41 ～ 45.21 μm和 0.43 ～ 32.26 μm.烧结温度的提高促进了多孔陶瓷 中液相的生成, 使得小的气孔被填充或形成闭气孔, 大的气孔则变成相对较小的气孔, 从而导致多孔陶 瓷的平均孔径减小, 孔径分布范围变窄.在烧结温 度为 1 175 ℃时, 多孔陶瓷的孔径分布相对集中, 平 均孔径为 15.19 μm, 显气孔率达 43.38%, 能够满足 过滤材料的要求 . 2.4 烧结温度对气体通过量的影响 鉴于烧结温度对多孔陶瓷显气孔率和孔径分布 有着重要影响, 其势必会对多孔陶瓷的透气度产生 直接影响.图 5为烧结温度对多孔陶瓷透气度的影 响 .从图 5中可以看出, 随着烧结温度的升高, 透气 度逐渐下降 .烧结温度小于 1 175 ℃时, 透气度下降 趋势相对平缓;烧结温度为 1 175 ℃时, 多孔陶瓷的 透气度为 0.75 m 3 · ( m -2 ·h -1 )·Pa -1;当烧结温度大 于 1 175 ℃后, 透气度急剧下降 ;烧结温度为 1200℃ 时, 透气度降到了 0.18 m 3 · ( m -2 ·h -1 )·Pa -1 , 比 1 175℃时下降了近 80%.综上所述, 要获得既有较 高强度又具有良好透过性能的粉煤灰基多孔陶瓷过 滤材料, 其烧结温度应选 1 175 ℃较为合适. 图 5 烧结温度对多孔陶瓷透气度的影响 Fig.5 Influenceofsinteringtemperatureongaspermeability 2.5 多孔陶瓷的物相组成与显微结构 图 6为不同烧结温度下的多孔陶瓷 XRD谱图 . 由图 6可知, 烧结温度为 1 100 ℃时, 多孔陶瓷的主 要晶相为莫来石 ( 3Al2 O3·2SiO2 ) 、石英 ( SiO2 ) 、钙长 石 ( CaO·Al2 O3·2SiO2 )和少量赤铁矿 ( Fe2O3 ) .莫来 石 、石英和赤铁矿主要来源于粉煤灰, 钙长石的出现 是因为黏结剂的加入提高了原料中的 CaO含量, 在 高温下 CaO与硅酸盐类物质反应生成了钙长石 .随 着烧结温度的升高, 多孔陶瓷中莫来石和钙长石的 特征峰强度以及出现在 2θ为 20°～ 35°的玻璃质弥 散峰都有所增强 .当烧结温度提高到 1 200 ℃时, 莫 来石的特征峰进一步略有增强, 钙长石的特征峰强 度却开始减弱, 这可能是由于在更高的烧结温度下 容易发生如下反应 [ 15] : CaO·Al2O3·2SiO2 (钙长石 ) + 2A12 O3 (玻璃态 ) 1 100 ～ 1 400℃ 3Al2 O3·2SiO2 (莫来石 ) +CaO. 提高烧结温度有利于莫来石的生成, 但影响的幅度 有限, 烧结温度的提高主要是促进了烧结过程中液 相的生成 . 图 6 不同烧结温度下的多孔陶瓷 XRD谱 Fig.6 XRDpatternsoftheporousceramicsatdifferentsinteringtem￾peratures 图 7为不同烧结温度下粉煤灰基多孔陶瓷断面 的 SEM像 .从图 7中可以看出:烧结温度为 1150℃ 时, 样品内已出现烧结现象, 但仍有部分粉煤灰颗粒 保持原来的形貌, 样品结构较为疏松;当烧成温度升 高到 1 175℃时, 样品内出现明显的烧结现象, 粉煤 灰颗粒的边缘熔化变形, 颗粒间黏结紧密, 只有极少 粉煤灰颗粒保持原来的形貌, 但仍保持了较高的气 孔率 ;当烧结温度进一步升高到 1 200 ℃时, 样品内 的粉煤灰颗粒边界变得更为圆滑, 颗粒间互相融合, 部分气孔被填充, 气 孔率显著 下降.通过 对比 图 7( a) ～ ( c)可知, 在烧结温度为 1 175 ℃时, 多孔 陶瓷内部结构较好, 气孔发达, 以三维交错的网状孔 道贯穿其中, 孔隙的内表面凹凸不平, 具有很高的比 表面积. 3 结论 ( 1) 多孔陶瓷的显气孔率和吸水率随着造孔剂 用量的增加而升高, 抗弯强度和密度随着造孔剂用 量的增加而降低 .在本实验条件下, 造孔剂的用量 应不大于 35%. ( 2) 提高烧结温度可以有效提高多孔陶瓷的抗 弯强度, 但随着烧结温度的升高, 多孔陶瓷的显气孔 · 321·