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【內(nèi)含pdf】氣體吸附技術(shù)在陶瓷行業(yè)表征中的應用
摘要：氣體吸附技術(shù)是材料表面物性表征的重要方法之一，基于吸附分析能夠?qū)μ沾刹牧系谋缺砻娣e,、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(zhì)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(shù)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(jié)構(gòu)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(lǐng)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)陶瓷主要基于材料的力學和結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)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(jié)固化,、成品強度、質(zhì)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(jié)溫度就會較低,，且燒結(jié)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(lǐng)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(jié)構(gòu)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(diào)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)果來進行基礎(chǔ)性能的預估,；此外,，結(jié)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,。
圖1 SiC-01（左）,、SiC-02（中）和SiC-03（右）的比表面積測試結(jié)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。
圖2 WC-1（左）,、WC-2（右）的比表面積測試結(jié)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...
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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(shù)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。
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(nèi)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.