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行业新知 |《Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards》粘结剂尺寸及化学成分对纯氧化铝真空成型陶瓷纤维板的影响

行业新知 |《Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards》粘结剂尺寸及化学成分对纯氧化铝真空成型陶瓷纤维板的影响

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-04-22 21:38
  • 访问量:

【概要描述】行业新知

布达佩斯工业经济大学化学技术与生物技术学院物理化学与材料科学系Balazs Borbas等研究者在《Science direct》中发表了题为Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards的研究论文,研究采用溶胶-凝胶法合成新一代氧化铝纤维,得到了纯氧化铝真空形成的纤维板。研究了粘结剂的化学成分和粒径对真空成型板的影响。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666539524000178

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如无法打开,请拷贝网址到浏览器查阅。








研究内容






 采用真空成型技术可以快速生产陶瓷纤维材料。在这一过程中,所需的浆液主要由陶瓷纤维、适宜的粘合剂和水组成。在真空成型工艺中,切割好的纤维被悬浮于含有无机(如勃姆石)或有机(如淀粉)粘合剂的浆液中,并在真空力的作用下进行压实。真空的作用在于去除水分,并将固态的陶瓷纤维固定在模具内。经过脱模和干燥后,即可得到陶瓷纤维成型体。通过施加真空,液体通过渗透模具被排出的驱动力能够增强至原来的五倍。

为了防止纤维在成型过程中出现缠结,并确保它们在最终产品中的均匀分布,通常会使用絮凝剂。为了提高材料的耐热性能,应尽量避免添加非铝基粘合剂。本文研究表明,勃姆石、纳米级氢氧化铝以及氯水合铝等都可以作为我们浆料中的有效粘合剂。其中,氯水合铝因其强大的化学键合能力,能够在可铸成分之间形成牢固的化学键。而粘合剂所形成的凝胶结构,则有助于防止在成型和干燥过程中发生物质迁移。

如图1所示,采用溶胶凝胶法合成纯氧化铝纤维,500◦C将溶胶基纤维转化为陶瓷。在此温度下,不会发生结晶,因此纤维是无定形的。



图1:使用过的氧化铝纤维的扫描电镜显微镜和x射线衍射图    



图2:样品制备的原理图

如表1所示,当缩短15%时,测量的各项同性收缩差异不显著。虽然检测到明显的重量损失,但由于高温热处理,样品的密度大大增加。

表1:密度、收缩率和减重率数据



如图3所示,当抗压强度值被确定为局部最大值时,可以通过数值确定拐点来近似计算抗压强度值。模量和抗压强度都取决于密度(图4)。密度较大的样品强度更强,模量也更高。这两个值都因热处理而增加。



图3:两种类型的应力-应变曲线:有(a)和没有(b)的局部最大值



图4:模量(a)和抗压强度(b) vs密度

结果发现,其力学性能对所应用的粘结剂体系有很强的依赖性,如图5所示。比较不同化学成分的样品,含勃姆石样品的性能更好,因为这些样品的模量和抗压强度值最高。当比较三种含氢氧化铝的体系时,趋势是一致的。



图5:模量(a)和抗压强度(b)与粘结剂粒径,空心标记代表了勃螨虫属的样品

用FESEM检测微尺度形态,如图6所示,每个样品的横截面扫描均存在不均匀性。在靠近过滤表面的一侧,与距离纤维表面更大的距离相比,纤维之间观察到更多的结合剂。   



图6:非钙化和钙化样品的FESEM显微图

如图7所示,1500℃热处理24小时表明晶体生长:粘合剂颗粒消失,纤维和粘合剂体系均显示出发育良好的晶体。样品粒径粘结剂较小,形成的结晶颗粒尺寸较小。与微米级粘合剂相比,使用纳米粉末粘合剂观察到的晶体尺寸更小(图7)。与OH90相比,晶体尺寸是平均晶体的一半(见图8)。   



图7:非钙化和钙化样品的详细FESEM显微图



图8:FESEM图像测量的结晶纤维(a)截面和晶体尺寸分布

通过粉末X射线衍射(XRD)分析样品的晶体相。在未经热处理的样品中,由于非晶态组分的存在,衍射图中没有观察到明显的峰。而煅烧后的样品则呈现出具有尖锐峰的衍射图,表明这些样品中存在晶体相。进一步的分析确定了这个晶体相为α-氧化铝,这是在高温下最稳定的氧化铝形态。   



图9:真空形成的样品的x射线衍射图






研究结论






用不同的粘合剂成功地制备了纯氧化铝真空成型的纤维板样品。采用100 μm和三种不同粒径(10 nm、6、5μm、90 μm)的氢氧化铝作为粘结剂材料。另外使用聚合氯化铝作为絮凝剂。样品在高温(1500◦C)下测试24小时。在热处理过程中,样品呈各向同性的收缩。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。   

行业新知 |《Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards》粘结剂尺寸及化学成分对纯氧化铝真空成型陶瓷纤维板的影响

【概要描述】行业新知

布达佩斯工业经济大学化学技术与生物技术学院物理化学与材料科学系Balazs Borbas等研究者在《Science direct》中发表了题为Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards的研究论文,研究采用溶胶-凝胶法合成新一代氧化铝纤维,得到了纯氧化铝真空形成的纤维板。研究了粘结剂的化学成分和粒径对真空成型板的影响。

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666539524000178

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研究内容






 采用真空成型技术可以快速生产陶瓷纤维材料。在这一过程中,所需的浆液主要由陶瓷纤维、适宜的粘合剂和水组成。在真空成型工艺中,切割好的纤维被悬浮于含有无机(如勃姆石)或有机(如淀粉)粘合剂的浆液中,并在真空力的作用下进行压实。真空的作用在于去除水分,并将固态的陶瓷纤维固定在模具内。经过脱模和干燥后,即可得到陶瓷纤维成型体。通过施加真空,液体通过渗透模具被排出的驱动力能够增强至原来的五倍。

为了防止纤维在成型过程中出现缠结,并确保它们在最终产品中的均匀分布,通常会使用絮凝剂。为了提高材料的耐热性能,应尽量避免添加非铝基粘合剂。本文研究表明,勃姆石、纳米级氢氧化铝以及氯水合铝等都可以作为我们浆料中的有效粘合剂。其中,氯水合铝因其强大的化学键合能力,能够在可铸成分之间形成牢固的化学键。而粘合剂所形成的凝胶结构,则有助于防止在成型和干燥过程中发生物质迁移。

如图1所示,采用溶胶凝胶法合成纯氧化铝纤维,500◦C将溶胶基纤维转化为陶瓷。在此温度下,不会发生结晶,因此纤维是无定形的。



图1:使用过的氧化铝纤维的扫描电镜显微镜和x射线衍射图    



图2:样品制备的原理图

如表1所示,当缩短15%时,测量的各项同性收缩差异不显著。虽然检测到明显的重量损失,但由于高温热处理,样品的密度大大增加。

表1:密度、收缩率和减重率数据



如图3所示,当抗压强度值被确定为局部最大值时,可以通过数值确定拐点来近似计算抗压强度值。模量和抗压强度都取决于密度(图4)。密度较大的样品强度更强,模量也更高。这两个值都因热处理而增加。



图3:两种类型的应力-应变曲线:有(a)和没有(b)的局部最大值



图4:模量(a)和抗压强度(b) vs密度

结果发现,其力学性能对所应用的粘结剂体系有很强的依赖性,如图5所示。比较不同化学成分的样品,含勃姆石样品的性能更好,因为这些样品的模量和抗压强度值最高。当比较三种含氢氧化铝的体系时,趋势是一致的。



图5:模量(a)和抗压强度(b)与粘结剂粒径,空心标记代表了勃螨虫属的样品

用FESEM检测微尺度形态,如图6所示,每个样品的横截面扫描均存在不均匀性。在靠近过滤表面的一侧,与距离纤维表面更大的距离相比,纤维之间观察到更多的结合剂。   



图6:非钙化和钙化样品的FESEM显微图

如图7所示,1500℃热处理24小时表明晶体生长:粘合剂颗粒消失,纤维和粘合剂体系均显示出发育良好的晶体。样品粒径粘结剂较小,形成的结晶颗粒尺寸较小。与微米级粘合剂相比,使用纳米粉末粘合剂观察到的晶体尺寸更小(图7)。与OH90相比,晶体尺寸是平均晶体的一半(见图8)。   



图7:非钙化和钙化样品的详细FESEM显微图



图8:FESEM图像测量的结晶纤维(a)截面和晶体尺寸分布

通过粉末X射线衍射(XRD)分析样品的晶体相。在未经热处理的样品中,由于非晶态组分的存在,衍射图中没有观察到明显的峰。而煅烧后的样品则呈现出具有尖锐峰的衍射图,表明这些样品中存在晶体相。进一步的分析确定了这个晶体相为α-氧化铝,这是在高温下最稳定的氧化铝形态。   



图9:真空形成的样品的x射线衍射图






研究结论






用不同的粘合剂成功地制备了纯氧化铝真空成型的纤维板样品。采用100 μm和三种不同粒径(10 nm、6、5μm、90 μm)的氢氧化铝作为粘结剂材料。另外使用聚合氯化铝作为絮凝剂。样品在高温(1500◦C)下测试24小时。在热处理过程中,样品呈各向同性的收缩。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。   

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布达佩斯工业经济大学化学技术与生物技术学院物理化学与材料科学系Balazs Borbas等研究者在《Science direct》中发表了题为Effect of binder’s size and chemistry on pure aluminium-oxide vacuum formed ceramic fibre boards的研究论文,研究采用溶胶-凝胶法合成新一代氧化铝纤维,得到了纯氧化铝真空形成的纤维板。研究了粘结剂的化学成分和粒径对真空成型板的影响。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666539524000178

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研究内容

 采用真空成型技术可以快速生产陶瓷纤维材料。在这一过程中,所需的浆液主要由陶瓷纤维、适宜的粘合剂和水组成。在真空成型工艺中,切割好的纤维被悬浮于含有无机(如勃姆石)或有机(如淀粉)粘合剂的浆液中,并在真空力的作用下进行压实。真空的作用在于去除水分,并将固态的陶瓷纤维固定在模具内。经过脱模和干燥后,即可得到陶瓷纤维成型体。通过施加真空,液体通过渗透模具被排出的驱动力能够增强至原来的五倍。

为了防止纤维在成型过程中出现缠结,并确保它们在最终产品中的均匀分布,通常会使用絮凝剂。为了提高材料的耐热性能,应尽量避免添加非铝基粘合剂。本文研究表明,勃姆石、纳米级氢氧化铝以及氯水合铝等都可以作为我们浆料中的有效粘合剂。其中,氯水合铝因其强大的化学键合能力,能够在可铸成分之间形成牢固的化学键。而粘合剂所形成的凝胶结构,则有助于防止在成型和干燥过程中发生物质迁移。

如图1所示,采用溶胶凝胶法合成纯氧化铝纤维,500◦C将溶胶基纤维转化为陶瓷。在此温度下,不会发生结晶,因此纤维是无定形的。

图1:使用过的氧化铝纤维的扫描电镜显微镜和x射线衍射图    

图2:样品制备的原理图

如表1所示,当缩短15%时,测量的各项同性收缩差异不显著。虽然检测到明显的重量损失,但由于高温热处理,样品的密度大大增加。

表1:密度、收缩率和减重率数据

如图3所示,当抗压强度值被确定为局部最大值时,可以通过数值确定拐点来近似计算抗压强度值。模量和抗压强度都取决于密度(图4)。密度较大的样品强度更强,模量也更高。这两个值都因热处理而增加。

图3:两种类型的应力-应变曲线:有(a)和没有(b)的局部最大值

图4:模量(a)和抗压强度(b) vs密度

结果发现,其力学性能对所应用的粘结剂体系有很强的依赖性,如图5所示。比较不同化学成分的样品,含勃姆石样品的性能更好,因为这些样品的模量和抗压强度值最高。当比较三种含氢氧化铝的体系时,趋势是一致的。

图5:模量(a)和抗压强度(b)与粘结剂粒径,空心标记代表了勃螨虫属的样品

用FESEM检测微尺度形态,如图6所示,每个样品的横截面扫描均存在不均匀性。在靠近过滤表面的一侧,与距离纤维表面更大的距离相比,纤维之间观察到更多的结合剂。   

图6:非钙化和钙化样品的FESEM显微图

如图7所示,1500℃热处理24小时表明晶体生长:粘合剂颗粒消失,纤维和粘合剂体系均显示出发育良好的晶体。样品粒径粘结剂较小,形成的结晶颗粒尺寸较小。与微米级粘合剂相比,使用纳米粉末粘合剂观察到的晶体尺寸更小(图7)。与OH90相比,晶体尺寸是平均晶体的一半(见图8)。   

图7:非钙化和钙化样品的详细FESEM显微图

图8:FESEM图像测量的结晶纤维(a)截面和晶体尺寸分布

通过粉末X射线衍射(XRD)分析样品的晶体相。在未经热处理的样品中,由于非晶态组分的存在,衍射图中没有观察到明显的峰。而煅烧后的样品则呈现出具有尖锐峰的衍射图,表明这些样品中存在晶体相。进一步的分析确定了这个晶体相为α-氧化铝,这是在高温下最稳定的氧化铝形态。   

图9:真空形成的样品的x射线衍射图

研究结论

用不同的粘合剂成功地制备了纯氧化铝真空成型的纤维板样品。采用100 μm和三种不同粒径(10 nm、6、5μm、90 μm)的氢氧化铝作为粘结剂材料。另外使用聚合氯化铝作为絮凝剂。样品在高温(1500◦C)下测试24小时。在热处理过程中,样品呈各向同性的收缩。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。

用场发射扫描电镜研究了其微尺度的形貌。与其他样品相比,在含有勃姆石板的情况下,只能发现少量的粘结剂颗粒。钙化后的样品显示出发育良好的晶体。纤维和粘合剂的混合物都变成了结晶体。粘结剂粒径越小,晶体尺寸越小。在所有情况下,晶体相均被鉴定为α-氧化铝。   

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