二元混合溶剂陶瓷浆料在复合外场下冷冻干燥制备多孔陶瓷材料的基础问题研究

二元混合溶剂陶瓷浆料，即将两种溶剂（互溶或不互溶）混合作为分散介质配制的陶瓷浆料，在复合外场（温度场、静电场、交变电场和磁场）作用下冷冻，利用陶瓷浆料内部形成的结晶体为模板制备多孔陶瓷。改变外场工艺参数，可以使陶瓷浆料中的分散介质按一定规律进行结晶，然后经干燥（结晶体升华）和烧结工艺，可望获得孔呈规律分布的多孔陶瓷。本项目的创新之处是利用乳浊液（二元不互溶溶剂）的组分比变化，在两种溶剂各自的相变点冷冻，或者利用二元溶液（二元互溶溶剂）的浓度来影响结晶体类型，最终可得到双孔型或者复杂孔结构的多孔陶瓷。同时提出利用二维复合外场（温度场和静电场、温度场和交变电场、温度场和磁场）和三维复合外场（温度场、静电场和磁场）的作用，影响陶瓷浆料中具有极性的分散介质在二维平面或三维空间内的形核与生长规律及其作用机理，从而得到二元混合溶剂陶瓷浆料在复合外场作用下冷冻干燥制备多孔陶瓷的孔结构控制理论。

在多孔陶瓷的应用中，除了材料本身的性质，其性能主要取决于多孔陶瓷的孔结构(包括孔形状和孔分布等)，所以如何控制孔结构是目前多孔陶瓷领域亟需解决的重点问题。本项目采用二元混合溶剂陶瓷浆料（二元溶液、乳浊液）在复合外场（温度场、静电场、磁场等）作用下冷冻干燥，通过复合外场参数和冷冻干燥工艺调控陶瓷浆料内部形成的结晶体的形态、分布、尺寸，得到二元混合溶剂陶瓷浆料在复合外场作用下冷冻干燥制备多孔陶瓷的孔结构控制理论。取得以下研究成果：采用TBA-H2O、H2O2-H2O二元溶液溶配制陶瓷浆料，研究了其在定向冷冻时结晶体的形状、尺寸和分布规律，总结出二元溶液配制的陶瓷浆料在温度场下冷冻干燥制备多孔陶瓷的孔结构控制理论；采用二苯甲烷-H2O乳浊液配制陶瓷浆料，研究了其在分步冷冻工艺下结晶体的形状、尺寸和分布规律，总结出乳浊液配制的陶瓷浆料在温度场下冷冻干燥制备双孔型多孔陶瓷的孔结构控制理论；研究了陶瓷浆料在多个温度场作用下结晶体的形状、尺寸和分布规律，总结出多温度场（多冷源）下冷冻干燥制备双孔型多孔陶瓷的孔结构控制理论；研究了陶瓷浆料在温度场、静电场、磁场作用下，通过改变场的方向和大小以及相互的位置关系，来控制结晶体的形状、大小以及分布规律，从而实现多孔陶瓷孔结构的可控。项目研究取得了系列有重要创新意义的基础研究成果，已经在国内外学术刊物上发表学术论文13篇，申请了中国发明专利7项。