陶瓷過濾板的結構表征泡沫陶瓷過濾板的生產,主要是通過以下幾個步驟完成的:把塑料泡沫(通常是聚氨酯)polyurethane)按孔徑大小分類并按要求切成一定形狀;切好的塑料泡沫塊被浸沒在預先調制好的陶瓷漿料中,并反復擠壓,利用塑料泡沫良好的彈性,充分吸滿泥漿;然后再把多余的泥漿擠出,塑料泡沫的弦上只留下泥漿的涂層;掛漿后的塑料泡沫置于烘爐中干燥;泥漿涂層過濾板干燥后進入燒結爐,塑料泡沫完全被燒掉,最后成為泡沫陶瓷過濾板。由于塑料泡沫是陶瓷過濾板的先驅體,陶瓷過濾板的構型在很大程度上取決于先驅體塑料泡沫的構型,在掛漿不厚的場合,基本還保持塑料泡沫的構型不變(適當的涂層厚度,燒結后幾乎與塑料泡沫弦的直徑相當或略粗一些)。
目前常用的表述塑料泡沫和陶瓷過濾板的方法主要有:1ppi(poresperinch,1ppi)是指單位長度上的微孔數,相當于單胞數;透過率(permeability)指當流量一定時,通過過濾板前后氣體的壓差,用vP表示,實際是流體通過過濾板時受到的阻力的綜合反映,既包含了孔徑大小的因素,又包含了孔隙是否封閉的因素。vP的涵義非常類似于電學中電壓V-電阻R-電流I之間的關系。熔體的流量相當于電流I,過濾板對流體產生的阻力相當于電阻R,如果保持流量I不變,那么所增加的壓力P(相當于歐姆定律中的$V)就是過濾板阻力R的函數:$P=f(R)按壓降的大小把過濾板分成若干個級(grade),級別越高孔徑越小,各種等級所對應的孔徑范圍之間有明顯的間隔。與以往的ppi表述法相比,這種分級法賦予平均孔徑一個邏輯上的概念,即一個等級20的孔徑粗略地等于等級10的孔徑的一半;等級40的孔徑大約是等級20的一半,等等;每個等級的公差被縮小,依此改善更高檔產品質量的一致性和可靠性。
單胞指的是泡沫中被多邊形圍成的小多面體;窗口則是由弦(strand)圍成的小多邊形,是進出多面體單胞的通道。Pyrotek用圖像分析技術區分和測量單胞及窗口尺寸;找出了單胞和窗口之間以及它們與ppi之間的大小關系,如今已成為該公司陶瓷泡沫過濾板生產質量控制體系的一個組成部分。
所謂塑料泡沫和陶瓷泡沫結構的表征,其主要目的在于建立一套泡沫孔隙大小的表述方法和測量方法。對于一塊掛漿厚度正常的泡沫陶瓷過濾板,它的過濾效果多半是由孔徑的大小決定的。用單胞尺寸和窗口尺寸表征泡沫孔徑的大小,使得表述的指標較為精細,這就有利于準確地監控泡沫的規格,進而使陶瓷泡沫過濾板的質量達到穩定和一致。
塑料泡沫結構模型的建立塑料泡沫是由弦和節點構成的三維網狀結構,實際上可以看做是無數個小的多面體相互連接構成大的泡沫塊體。仔細觀察還發現,小多面體單元大多為五邊形圍成的十二面體,是20ppi塑料泡沫的照片。這些小十二面體通過它的一個五邊形面與另一個十二面體的一個五邊形面相互重合,堆砌成大塊泡沫。每個小正十二面體單元就相當于一個單胞,而連接兩個單胞的五邊形就成為窗口。很顯然,每個單胞周圍都應該有12個單胞與其連接,也就是說他的配位數是12,有12個窗口與其他12個單胞相通;在理想的情況下,所有相鄰五邊形面間夾角應為120b。
根據對塑料泡沫結構的實際觀察結果,確立了像所展示那樣的正十二面體結構模型,用來描述塑料泡沫單胞的構造。雖然在泡沫中也存在像四邊形、六邊形這樣的小多邊形,但還是五邊形占絕大多數,所以正十二面體模型基本反映了塑料泡沫的結構。中除正十二面體外,還給出了圍成十二面體的正五邊形和構成十二面體體積的棱錐體。基于這一模型,只要測出正十二面體的棱長b,其他的各個元素,如單胞大小、窗口大小都可以求得出來。接下來所要討論的就是組成正十二面體各元素與正五邊形邊長b之間的關系。