堇青石基微泡發(fā)生器的制備及造孔劑對(duì)其構(gòu)效關(guān)系的研究

程 敏,田蒙奎,陶文亮,李龍江,顏婷珪

(1.貴州大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院,貴州 貴陽550025;2.貴州民族大學(xué) 化工學(xué)院,貴州 貴陽550025;3.貴州大學(xué) 礦業(yè)學(xué)院,貴州 貴陽550025)

1 前 言

氣浮技術(shù)是將液體中的微小懸浮物與氣泡結(jié)合成復(fù)合物，并使其隨氣泡上升至液體表面，從而達(dá)到分離、除雜的一種凈化技術(shù)。該技術(shù)由于操作簡便、分離效率高，被廣泛應(yīng)用于生物、化工、選礦及污水處理等眾多領(lǐng)域[1-2]。其中微氣泡制造是氣浮技術(shù)的關(guān)鍵，它直接影響氣泡質(zhì)量，進(jìn)而影響氣浮分離效率，通常認(rèn)為氣泡尺寸在10～80μm 時(shí)氣浮分離效率最高[3-4]。目前常用的微氣泡制造方法有溶氣析出、電解析出和引氣制造等方法[5]。相比前兩種方法，微孔介質(zhì)引氣制造氣泡不僅結(jié)構(gòu)簡單、能耗低而且微氣泡尺寸小、均勻性好，因而受到科研人員的廣泛關(guān)注[6]。

引氣微孔介質(zhì)發(fā)泡的核心在于微孔介質(zhì)材料的制備，通常采用冶金粉末、陶瓷或塑料為原料，摻入一定的添加劑(如造孔劑、增塑劑、燒結(jié)助劑等)，然后在高溫下燒制而成。其中微孔介質(zhì)材料的孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、滲透通量等性能是影響微孔介質(zhì)發(fā)泡性能的關(guān)鍵因素。

目前國內(nèi)外學(xué)者已針對(duì)微孔介質(zhì)發(fā)泡進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究。如Kukizaki等[7]利用“內(nèi)管走水-外環(huán)充氣”結(jié)構(gòu)的微孔介質(zhì)發(fā)泡器研究了水質(zhì)、SPG 膜(shirasu porous glass公司的無機(jī)膜)孔徑及工況參數(shù)對(duì)微細(xì)氣泡粒徑分布的影響；Okada 等[8]以有機(jī)纖維為造孔劑，探究了莫來石陶瓷膜厚度、孔結(jié)構(gòu)等與微氣泡生成之間的關(guān)系；Sadatomi 等[9]開發(fā)了“內(nèi)部孔板節(jié)流降壓-環(huán)空微孔介質(zhì)負(fù)壓吸氣”管式微細(xì)氣泡發(fā)生器；徐振華等[10]以管內(nèi)外壓差為動(dòng)力源，推動(dòng)氣體從金屬微孔管上流出形成微氣泡；吳勝軍等[11]在此基礎(chǔ)上以陶瓷膜管為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)其性能優(yōu)于金屬膜管；陳家慶等[6]在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了大流量下管式微孔介質(zhì)氣泡發(fā)生器氣泡粒徑分布特性的在線檢測。

縱觀國內(nèi)外的研究工作，除Okada 等探究了有機(jī)纖維造孔劑對(duì)材料孔結(jié)構(gòu)和發(fā)泡性能的影響外，其余研究都是基于成品微孔介質(zhì)探究操作參數(shù)對(duì)微氣泡產(chǎn)生的影響，而關(guān)于基體材料制備參數(shù)與微氣泡產(chǎn)生之間存在何種關(guān)系的研究非常少見。此外，Okada 等僅研究了有機(jī)纖維對(duì)莫來石陶瓷孔結(jié)構(gòu)的影響，并未對(duì)影響材料孔隙率和孔結(jié)構(gòu)的機(jī)理進(jìn)行深入討論，且實(shí)驗(yàn)中采用的陶瓷膜僅為常規(guī)結(jié)構(gòu)的圓柱型，在礦漿濃度較大的情況下容易造成堵塞和發(fā)泡不均。本文以堇青石為骨架材料，通過采用“分步制備、整體組裝、一次燒結(jié)”的方式制備了新型結(jié)構(gòu)的陶瓷氣泡發(fā)生器，有效增大了發(fā)泡面積、減緩了發(fā)泡材料的堵塞，并且通過改變聚苯乙烯(PS)微球粒徑探究了陶瓷材料基本性能與發(fā)泡性能之間的關(guān)系，為制備高性能陶瓷發(fā)泡材料提供了參考。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 新型結(jié)構(gòu)陶瓷氣泡發(fā)生器的制備

為增大微孔材料的發(fā)泡面積及減緩微孔堵塞，本文設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的陶瓷氣泡發(fā)生器，其實(shí)物結(jié)構(gòu)如圖1所示，縱軸剖面圖如圖2所示。實(shí)驗(yàn)中采用工業(yè)級(jí)堇青石粉體為原料(含量92%、粒度325目)，以粒徑為5、10、15μm 的PS微球?yàn)樵炜讋?，按堇青石?PS微球:甲基纖維素(MC):TiO2=86:10:2:2的質(zhì)量比w混合均勻(具體實(shí)驗(yàn)配方如表1所示)?；旌衔锪锨蚰?0 min 后加入約40%的水練泥陳化18 h，再將煉制好的泥料于15.7 MPa 下壓制成型，于100℃下干燥12 h，并在干燥2～3 h 時(shí)脫?？色@得陶瓷生坯。此后將生坯組件用稀釋后的陶瓷漿料(成分配比不變，加水量約為60 %)黏結(jié)組裝，并于1 300 ℃下燒結(jié)并保溫1 h，隨爐冷卻后可得到結(jié)構(gòu)完整的陶瓷氣泡發(fā)生器(陶瓷圓管的外徑為63 mm，內(nèi)徑為53 mm，管高為51 mm，前端導(dǎo)氣孔的直徑為15 mm。陶瓷圓板的直徑為63 mm；厚度為5 mm，正方形孔的邊長為6 mm。連接陶瓷圓板的方形管尺寸為6 mm×6 mm，壁厚2 mm，柱高為61 mm)。

圖1 新型堇青石陶瓷氣泡發(fā)生器組件圖和實(shí)物圖Fig.1 Images of a shaped ceramic bubble generator

圖2 氣泡發(fā)生器的縱軸剖面圖Fig.2 Vertical sectional view of the bubble generator

表1 試樣配方組成Table 1 Composition of samples w/%

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程

自行搭建的氣泡測試平臺(tái)如圖3所示，該平臺(tái)主要由氣泡生成系統(tǒng)和氣泡粒徑檢測系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。壓縮空氣經(jīng)流量計(jì)及壓力表調(diào)節(jié)后通過導(dǎo)氣孔注入氣密性良好的發(fā)泡器內(nèi)，發(fā)泡器外是物性參數(shù)可調(diào)的流體物料。由于發(fā)泡器內(nèi)外存在一定壓差，氣體進(jìn)入發(fā)泡器后被其內(nèi)部所含的微孔離散形成微氣泡，并逐漸上升至流體表面形成氣泡層。陶瓷發(fā)泡器里鑲?cè)氲目字兄诩铀贇庖褐g的流動(dòng)并能在一定程度上緩解非水條件下氣泡發(fā)生器的堵塞。發(fā)泡器產(chǎn)生的微氣泡由數(shù)碼顯微放大鏡捕捉并放大拍攝，所拍攝的氣泡圖片通過電腦統(tǒng)計(jì)分析得到氣泡粒徑分布。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置工藝流程示意圖Fig.3 Schematic diagram of theexperimental process

2.3 氣泡發(fā)生器性能測試

采用日立S-3400N 型掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)對(duì)樣品進(jìn)行形貌分析；采用PANalytical 公司生產(chǎn)的X'PertPRO型X 射線衍射儀(X-ray diffraction，XRD)分析樣品的物相組成；采用阿基米德排水法測定樣品的孔隙率(GB/T1966-1996)；采用自制設(shè)備測定樣品的空氣滲透速率；采用美國麥克公司的AutoPore IV 9500型壓汞儀測試樣品的孔徑分布；采用數(shù)碼顯微攝像系統(tǒng)測試樣品產(chǎn)生的氣泡直徑。

3 結(jié)果與討論

3.1 物相分析

圖4是試樣C0、C2、C3、C6的XRD圖譜。由圖可見，造孔劑的添加與否并不會(huì)影響試樣的衍射圖譜，試樣晶相結(jié)構(gòu)均以堇青石相(包括低溫堇青石和高溫印度石)為主，并未觀察到其他雜相的衍射峰；并且添加單一粒徑造孔劑和添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的衍射圖譜依然高度一致，這就說明實(shí)驗(yàn)中添加的PS微球造孔劑并不會(huì)與基體材料發(fā)生反應(yīng)，能夠在不改變材料晶相結(jié)構(gòu)的情況下顯著提高材料孔隙率。

3.2 顯微結(jié)構(gòu)分析

圖5(a)～(d)分別是試樣C0、C2、C3、C6的SEM 圖。由圖可以看出，試樣表面均呈現(xiàn)出豐富的多孔結(jié)構(gòu)，微孔形態(tài)以近圓形的小氣孔為主。圖5(a)在沒有添加造孔劑時(shí)，樣品表面較為致密，微孔孔徑小，主要集中在2～5μm。圖5(b)～5(d)隨著造孔劑的加入，材料變得疏松多孔，微孔數(shù)量急劇增多且平均粒徑也逐步增大。從圖5(d)中還可以看出，添加復(fù)合粒徑造孔劑的試樣，其內(nèi)部所含的10μm 及以上的微孔數(shù)目明顯增多，這些大粒徑孔洞離散分布在微孔群中，使得微孔孔徑分布變寬，孔棱結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。仔細(xì)觀察還發(fā)現(xiàn)，孔棱并非完全致密，上面還分布著一定數(shù)量的小孔(如圖6所示)，這些小孔是由生坯中顆粒間的間隙小孔在燒結(jié)過程中不完全致密化所形成[12]，其直徑通常小于造孔劑燒結(jié)脫除后留下的孔洞。因此為便于區(qū)分將孔棱上的小孔稱之為微觀小孔，而其余的大孔稱之為宏觀大孔。圖6(a)中未添加造孔劑的試樣，孔棱上微觀小孔的數(shù)量較少且孔徑非常??；而加入造孔劑后，試樣中微觀小孔的數(shù)量增多且孔徑增大，其中添加復(fù)合造孔劑的試樣表現(xiàn)最為明顯。

圖4 試樣C0、C2、C3、C6的XRD圖譜Fig.4 XRD Patterns of samples with different diametersof pore former

圖5 堇青石陶瓷的掃描電鏡圖Fig.5 SEM micrographs of cordierite ceramics

圖6 孔棱在高倍數(shù)SEM下的微觀形貌圖Fig.6 High-resolution SEM micrographs of cell-edges

3.3 孔隙率分析

造孔劑粒徑大小對(duì)氣泡發(fā)生器孔隙率的影響如圖7所示，從圖中可以看到，添加造孔劑能顯著提高材料孔隙率。未添加造孔劑時(shí)材料孔隙率為45.39%，而當(dāng)加入10%的粒徑為5μm 的PS微球后材料孔隙率提高了21.83%，且造孔劑粒徑越大，孔隙率越高。這是由于當(dāng)造孔劑含量相同時(shí)，小粒徑造孔劑的數(shù)量多于大粒徑造孔劑，其顆粒間架空堆積形成的孔洞更少、堆密度更高，因此材料孔隙率更低[13]。

圖7 不同粒徑造孔劑對(duì)氣泡發(fā)生器孔隙率的影響Fig.7 Effects of pore former diameter on porosity of bubble generators

圖8對(duì)比了單一粒徑及復(fù)合粒徑造孔劑對(duì)氣泡發(fā)生器孔隙率的影響。由圖可以看到，添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的孔隙率均高于對(duì)應(yīng)的單一粒徑造孔劑試樣。理想狀態(tài)下，假設(shè)粒子顆粒間堆積完全致密且造孔劑在脫除過程中不會(huì)引起材料體積收縮，則試樣燒結(jié)后的孔體積應(yīng)等于造孔劑的體積。但實(shí)際材料中還含有部分微觀小孔并且宏觀大孔在燒結(jié)過程中也會(huì)產(chǎn)生一定的體積收縮(微觀小孔的體積收縮可忽略)，因此材料真實(shí)的孔隙率ε應(yīng)按式(1)計(jì)算[14]：

圖8 單一粒徑及復(fù)合粒徑造孔劑對(duì)氣泡發(fā)生器孔隙率影響Fig.8 Comparison of single and composite particle size pore formers on the porosity of bubble generators

式中：V1為造孔劑的體積，cm3;ΔV為宏觀大孔在燒結(jié)過程的體積變化量，cm3；V2為除造孔劑外試樣中其余粒子的總體積，cm3；V3為微觀小孔的體積。

實(shí)驗(yàn)中單一粒徑造孔劑和復(fù)合粒徑造孔劑的添加量相同且為同一種造孔劑，因此兩者的V1相等；此外兩種試樣的初始物料總量相等，因此V2也相等。所以決定兩者孔隙率大小的主要因素是ΔV和V3。假設(shè)兩種試樣的宏觀大孔在燒結(jié)過程中體積收縮量一樣，即ΔVC=ΔVS(下標(biāo)C、S別表示compound 和single)，則兩種試樣的孔隙率及孔隙率之差可表示為

由于添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的微觀小孔體積大于添加單一粒徑造孔劑試樣，因此上式中V3C-V3S>0，則Δε大于0，即添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的孔隙率大于添加單一粒徑造孔劑試樣。但在實(shí)際燒結(jié)過程中，在燒結(jié)頸長大階段，宏觀大孔會(huì)發(fā)生不同程度的體積收縮，使得ΔVC≠ΔVS。此時(shí)兩種試樣的孔隙率之差為：

從圖4中可以明顯看出添加復(fù)合粒徑造孔劑的試樣其內(nèi)部宏觀大孔的平均尺寸大于添加單一粒徑造孔劑試樣。Tuncer 等[15]研究表明在相同的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力下，微孔尺寸越大其在燒結(jié)過程中產(chǎn)生的體積收縮量越小，即ΔVC＞ΔVS；同時(shí)V3C＞V3S，因此添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的孔隙率更高。

3.4 抗壓強(qiáng)度分析

圖9 造孔劑粒徑對(duì)氣泡發(fā)生器抗壓強(qiáng)度的影響Fig.9 Effects of pore former diameter on compressive strength of bubble generators

圖9反應(yīng)了氣泡發(fā)生器抗壓強(qiáng)度隨造孔劑粒徑的變化。從圖中可以看出，當(dāng)添加單一粒徑造孔劑時(shí)，隨造孔劑粒徑的增大，氣泡發(fā)生器抗壓強(qiáng)度減??；當(dāng)添加復(fù)合粒徑造孔劑時(shí)，隨兩種復(fù)合造孔劑粒徑的增大，抗壓強(qiáng)度同樣呈現(xiàn)下降趨勢。其中添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的抗壓強(qiáng)度較對(duì)應(yīng)添加單一粒徑造孔劑試樣為低，尤其是添加粒徑為10/15μm PS微球的試樣，其抗壓強(qiáng)度較添加10μm PS微球的試樣下降了57.3%，較添加15μm的試樣下降了56.3%。而添加粒徑為5/10μm 的PS微球的試樣其抗壓強(qiáng)度與對(duì)應(yīng)添加5及10μm 試樣的非常接近，下降幅度分別為3.7%及1.5%。兩者之所以出現(xiàn)如此大的區(qū)別，是由于添加10/15μm PS微球試樣內(nèi)部存在較多大粒徑孔洞，這些孔洞使得材料周圍承受的應(yīng)力大幅降低，因而抗壓強(qiáng)度顯著減小。

3.5 空氣滲透速率分析

圖10是造孔劑粒徑對(duì)氣泡發(fā)生器空氣滲透速率的影響。假設(shè)試樣中的孔為圓形通孔且微孔均與試樣表面垂直，則滲透通量可用哈根-泊肅葉公式(式(6))表示[16]：

式中：J為滲透通量，m.s-1；τ為曲折因子，常數(shù)；r為孔半徑，m；η為流體黏度，Pa.s；Δp為膜壓差，Pa；L為膜厚，m。該式中空氣滲透速率與孔隙率呈正比，而與曲折因子呈反比。圖10中除C4試樣的空氣滲透速率小于C3試樣外，其余添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的空氣滲透速率均優(yōu)于添加單一粒徑造孔劑的試樣。上述C3、C4兩組試樣中，由于C3試樣添加的造孔劑粒徑更大，顆粒堆積形成的微觀小孔數(shù)量更多且孔徑更大，因此試樣的孔隙率更高，從而空氣滲透速率也更高。而C4試樣中，由于添加的造孔劑尺寸更小且粒徑分布不均，一方面會(huì)使粒子間的堆密度增大、架空形成的微觀小孔數(shù)量減少，從而孔隙率減小；另一方面不規(guī)則的孔道結(jié)構(gòu)會(huì)引起材料曲折因子增加，這一增一減的變化趨勢，導(dǎo)致材料的空氣滲透速率下降明顯。

圖10 造孔劑粒徑對(duì)氣泡發(fā)生器空氣滲透速率的影響Fig.10 Effectsof pore former diameter on air permeability of bubble generators

圖11 造孔劑粒徑對(duì)孔徑分布的影響Fig.11 Effects of particlesize of pore former on pore size distribution

3.6 孔徑分布分析

圖11是根據(jù)壓汞法測定的部分試樣的孔徑分布。從圖中可以看出試樣的最可幾直徑均集中在5μm附近，其中添加造孔劑的試樣相比于基礎(chǔ)試樣而言，在主要孔徑分布區(qū)間內(nèi)的峰值更大(即孔隙體積更大)且分布區(qū)間更寬。對(duì)比3組復(fù)合粒徑造孔劑試樣的孔徑分布，復(fù)合粒徑越大，試樣的孔徑分布越寬，粒徑分布越分散。相比于添加單一粒徑造孔劑試樣，除C4試樣外，其余兩組試樣的孔徑分布均較添加15μm造孔劑試樣的寬，這說明添加5/10μm 造孔劑試樣在5μm 附近處的孔徑分布更集中，微孔均勻性更好。掃描電鏡及壓汞分析中所測出的微孔孔徑均小于實(shí)際加入的造孔劑粒徑，這是宏觀大孔在燒結(jié)過程中產(chǎn)生體積收縮的結(jié)果，該結(jié)果和上述理論分析及相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果一致[14-15,17]。

3.7 發(fā)泡性能分析

在膜內(nèi)外壓差、氣液比及液流流量等參數(shù)一定的情況下(其中膜內(nèi)外壓差為0.04 MPa、氣液比為1:3、液流流量為0.8 m3.h-1)，測定了1 000 mL的氣液混合水中試樣的發(fā)泡情況。在數(shù)據(jù)處理時(shí)選取每組試樣不同部位的多張照片進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并將總和的結(jié)果作為氣泡的粒徑分布。

圖12對(duì)比了添加復(fù)合粒徑造孔劑及其對(duì)應(yīng)的單一粒徑造孔劑試樣的發(fā)泡情況。從圖中可以看出，添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣產(chǎn)生的微氣泡數(shù)量最多，并且照片中除大量微細(xì)氣泡外，還夾雜著少量大粒徑氣泡，這些大粒徑氣泡是由試樣內(nèi)部孔徑分布不均所致。根據(jù)文獻(xiàn)中經(jīng)驗(yàn)公式可知?dú)馀萘胶臀⒔橘|(zhì)孔徑之間存在如式(7)的關(guān)系[8]：

式中：RB為氣泡半徑，μm；γ為液體表面張力，N.m-1；RP為微孔介質(zhì)孔半徑，μm；ρ為液體密度，kg.m-3；g為重力加速度，m.s-2。從式中可以看出，在其他參數(shù)條件一定的情況下，微孔介質(zhì)孔徑越大所產(chǎn)生的微氣泡粒徑也越大。添加復(fù)合粒徑造孔劑的試樣由于孔隙率更大且內(nèi)部存在的大粒徑微孔更多，因此產(chǎn)生的氣泡更密集且大粒徑氣泡的數(shù)量也更多。

圖12 添加單一粒徑及復(fù)合粒徑造孔劑試樣的發(fā)泡對(duì)比圖Fig.12 Comparison of foaming by adding single and composite particle sizepore formers

從圖13中可以看出，隨著兩種復(fù)合造孔劑粒徑的增大，氣泡發(fā)生器產(chǎn)生的大粒徑氣泡的數(shù)量變多，氣泡粒徑分布范圍變寬。當(dāng)添加5/10μm 的PS微球時(shí)，試樣產(chǎn)生的氣泡直徑中超過50μm 的氣泡數(shù)量較少，大多集中在25μm 附近；而當(dāng)復(fù)合PS微球粒徑增加到10/15μm 時(shí)，圖片中粒徑在50μm 及以上的氣泡數(shù)量明顯增多，并且氣泡分布極不均勻，大粒徑氣泡零散的分布在氣泡群中。

圖13 添加不同復(fù)合粒徑造孔劑試樣的氣泡圖片F(xiàn)ig.13 Pictures of bubblesformed by adding poreformers with different particle sizes

對(duì)添加不同粒徑造孔劑試樣產(chǎn)生的氣泡直徑進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖14、15所示。從圖14中可以看出，氣泡直徑主要集中在15～45μm，其中添加單一粒徑造孔劑的試樣隨造孔劑粒徑的增加，氣泡分布曲線向氣泡粒徑增大的方向移動(dòng)且氣泡分布曲線變寬，氣泡平均直徑由23.23增加到29.11μm；添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣的氣泡平均直徑均比對(duì)應(yīng)添加單一粒徑造孔劑試樣的大，其中添加10/15μm 造孔劑的試樣產(chǎn)生的氣泡平均尺寸最大，為32.46μm。

從圖15中可以看出，添加復(fù)合粒徑造孔劑試樣較添加單一粒徑造孔劑試樣而言，其中包含的大粒徑氣泡的數(shù)量比更大，且隨復(fù)合粒徑的增加該數(shù)量比也逐漸增加。當(dāng)添加粒徑為5/10μm 的造孔劑時(shí)，直徑在45μm 及以上的氣泡數(shù)量占比為5%；添加5/15μm 的造孔劑時(shí)，該比例上升到17%；而當(dāng)粒徑變?yōu)?0/15μm 時(shí)，該數(shù)量比增加到21%。氣浮中較大的氣泡尺寸會(huì)降低氣泡的比表面積，從而降低氣泡與礦物接觸的機(jī)會(huì)，進(jìn)而影響氣浮效率。

圖14 造孔劑粒徑對(duì)氣泡直徑累計(jì)分布的影響Fig.14 Effectsof pore size of the pore-forming agent on bubble diameter distribution

圖15 造孔劑粒徑對(duì)氣泡直徑分布的影響Fig.15 Effectsof particle size of pore-forming agent on cumulative bubble diameter distribution

通過上述對(duì)比發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)合粒徑PS微球試樣的孔隙率及空氣滲透速率更高，能夠產(chǎn)生更多的微氣泡，但試樣的抗壓強(qiáng)度卻更低，且產(chǎn)生的微氣泡平均尺寸更大。通過對(duì)比也發(fā)現(xiàn)，3種復(fù)合粒徑造孔劑中，當(dāng)復(fù)合粒徑為5/10μm 時(shí)，試樣的孔隙率及空氣滲透速率比對(duì)應(yīng)的單一粒徑PS微球試樣的高，并且抗壓強(qiáng)度也沒有明顯下降的趨勢，試樣產(chǎn)生的氣泡數(shù)量較多且氣泡的平均尺寸也較小，能夠很好地滿足氣浮要求。因此考慮各項(xiàng)因素，實(shí)驗(yàn)選取添加粒徑為5/10μm 的造孔劑，此時(shí)試樣的孔隙率為54.87%，空氣滲透速率為8.43 m3.h-1.Pa-1.m-2，抗壓強(qiáng)度為8.05 MPa，產(chǎn)生氣泡的平均尺寸為25.86μm。

4 結(jié) 論

本文以堇青石為原料，通過“分步制備、整體組裝、一次燒結(jié)”的方式制備了新型堇青石微孔發(fā)泡器，重點(diǎn)探究了PS微球粒徑對(duì)氣泡發(fā)生器基本性能及發(fā)泡性能的影響，發(fā)現(xiàn)：

(1)造孔劑粒徑能夠有效控制氣泡發(fā)生器的微孔結(jié)構(gòu)和孔徑分布，隨PS微球粒徑的增大，氣泡發(fā)生器孔徑分布變寬、平均孔徑增大、氣泡數(shù)密度增加但氣泡均勻性變差；

(2)復(fù)合粒徑造孔劑相比單一粒徑造孔劑而言，能在試樣內(nèi)部形成更多的微觀小孔且宏觀大孔在燒結(jié)過程中體積收縮更小，這是造成復(fù)合粒徑造孔劑試樣具有更高孔隙率的主要原因；

(3)隨兩種復(fù)合造孔劑粒徑的增大，試樣內(nèi)部形成的大粒徑微孔數(shù)量增多，氣泡的平均尺寸增加，大粒徑微泡所占的比重也增加；

(4)兩種粒徑類型的造孔劑中，當(dāng)添加粒徑為5/10μm 的PS微球時(shí)氣泡發(fā)生器綜合性能最優(yōu)。此時(shí)試樣的孔隙率為54.87%，空氣滲透速率為8.43 m3.h-1.Pa-1.m-2，抗壓強(qiáng)度為8.05 MPa，產(chǎn)生的氣泡平均尺寸為25.86μm，能很好地滿足多孔陶瓷產(chǎn)品要求及氣浮工藝中對(duì)氣泡粒徑的要求。