什么是陶瓷微反应器

来源: 桂林矿机时间: 2020-12-22 08:59

陶瓷材料因具有较高的化学稳定性和热稳定性,在高温、高机械强度和重腐蚀等苛刻环境下,具有比金属等传统材料更优越的性能。陶瓷材料制备的微反应器不仅具备微化工技术的优点,还便于催化剂的负载和实现气液固三相反应。

微通道反应器的微通道形貌、尺寸直接影响化学反应过程,所以陶瓷基微通道反应器中微通道的成型是核心,通道的密封是关键。陶瓷材料主要成分不同,其力学、化学、热特性差异较大,应采用不同的加工技术。

1、氧化铝陶瓷的微成型

氧化铝陶瓷加工工艺较简单,是目前应用最广泛的陶瓷材料。氧化铝陶瓷制品耐高温、抗腐蚀,能长期在1600℃的温度下使用,制备所用粉料粒径小且分布均匀,可满足陶瓷基微反应器的加工要求,但是氧化铝高温烧结易收缩变形,导致微结构成型率低。氧化铝陶瓷通常使用注塑和模压的方式铸造生胚。

2、碳化硅陶瓷的微成型

碳化硅陶瓷是良好的高温结构材料,能够在1200~1400℃中仍保持高的抗弯强度,也是目前高温强度最高的陶瓷。碳化硅优良的导热性和抗冲击性弥补了氧化铝陶瓷脆性大、导热差的缺陷。碳化硅陶瓷易于机械加工,是目前商业陶瓷微反应器制备的主要材料。碳化硅基板在机械加工后,通过精密的键合才能确保微反应器的成型。

3、低温共烧生瓷片的微成型

低温共烧陶瓷技术(LTCC)是休斯公司于1982年开发的新型材料技术,常用于高集成度、高性能电子的封装,近年来该技术被引入陶瓷基微反应器的制备。低温共烧陶瓷技术使用的材料是陶瓷流延片,又称为低温共烧生瓷片,生瓷片是指将玻璃陶瓷粉和有机黏合剂按照一定的比例混合,经过浆化形成浆料后浇注在移动的载带上,形成致密且均匀并具有足够强度的生瓷片。

生瓷片的厚度通常为几百微米,易于机械微加工,通道设计灵活,集成度高,便于微反应器的制备和过程控制模块的嵌入。制备时对微反应器进行逐层结构设计,将生瓷片进行机械微加工后叠层,再等静压压合烧结。相比于氧化铝陶瓷1900℃和碳化硅2300℃的烧结温度,生瓷片烧结温度较低,在870℃左右就能成型,且仍有较好的耐腐蚀、耐高温性。

最近文章