中國粉體網(wǎng)訊 多孔氧化鋁陶瓷具有硬度高、耐高溫、耐磨、電絕緣、耐侵蝕、力學(xué)性能良好等優(yōu)點，被譽為“節(jié)能減排”材料中的一支奇葩。此外，制備多孔氧化鋁陶瓷原料來源廣泛、價格較低廉、生產(chǎn)工藝較簡單，具有較高的性價比，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于凈化分離、固定化酶載體、吸聲減震和傳感器材料等眾多領(lǐng)域，在航天航空、能源、石油等領(lǐng)域中具有十分誘人的應(yīng)用前景。
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1、多孔氧化鋁陶瓷的性能
多孔氧化鋁陶瓷具有良好的力學(xué)性能，Haitao Geng等人以氧化鋁空心球為成孔劑，氧化硅磷酸鹽為粘結(jié)劑高溫?zé)Y(jié)形成封閉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，所得氧化鋁陶瓷孔隙率62.5%，壓縮強度11.97 MPa。
多孔氧化鋁陶瓷還具有較高的隔熱性能，吳海波等通過固含量及發(fā)泡劑加入量的改變，得到其耐壓強度為9.4～32.5 MPa，在1 000℃下的熱導(dǎo)率為0.8 W/(m·K)。
Guimaraes等研究了ZrO2/Al2O3復(fù)合陶瓷材料的摩擦磨損性能，研究表明，當(dāng)ZrO2的體積分?jǐn)?shù)為5%時，磨損率是3.5×10-6mm3/Nm，比其他陶瓷的磨損率要小很多。
Ieva Zake-Tiluga等研究了多孔氧化鋁陶瓷的抗熱震性，發(fā)現(xiàn)SiC的適量加入有利于莫來石相的均勻分散，從而提高機械性能、熱導(dǎo)率及熱震性，降低線性熱膨脹系數(shù)。
多孔氧化鋁陶瓷還具有優(yōu)異的耐蝕性，Wu Qin等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)20%硫酸和10%（wt%）NaOH浸泡8h后，其失重分別為0.55%和0.48%，強度下降分別為9.85%和8.08%。
Menchavez等將導(dǎo)電相引入絕緣的多孔氧化鋁陶瓷中，隨著導(dǎo)電單體相的增加，會影響電阻率的降低。
管蒙蒙等采用溶膠凝膠法制備出多孔氧化鋁陶瓷，該活性氧化鋁對甲醛吸附性能較好；添加20%聚乙烯醇作為造孔劑制備的多孔氧化鋁的吸附性能最好。
Isobe等通過擠壓成形法制備了多孔氧化鋁陶瓷，氣體滲透性比其他方法得到的制品高得多。
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2、多孔氧化鋁陶瓷的制備技術(shù)
（1）添加造孔劑法
添加造孔劑法是一種最簡單、經(jīng)濟的制備高孔隙率多孔陶瓷的方法，該工藝在生坯制備過程中加入固態(tài)造孔劑，然后通過燒結(jié)去除造孔劑留下氣孔。
添加造孔劑法制備多孔氧化鋁陶瓷的關(guān)鍵在于造孔劑的種類和數(shù)量，其次是造孔劑粒徑大小。添加造孔劑的目的在于提高材料的氣孔率，因此要求其不能與基體反應(yīng)，同時在加熱過程中易于排除且排除后無有害殘留物質(zhì)。常用的造孔劑分為有機造孔劑和無機造孔劑兩大類。
添加造孔劑法的缺點在于：造孔劑作為第二相加入，與基體材料很難完全混合均勻，容易造成材料性質(zhì)的不均勻。另外，造孔劑本身占據(jù)的空間有限，同時在燒結(jié)過程中會有燒結(jié)收縮，因此造孔劑法所得到的多孔陶瓷的氣孔率一般低于50%。
近幾年，研究人員逐漸嘗試將無機空心球作為造孔劑引入多孔氧化鋁陶瓷的制備過程。通過精確控制空心球的尺寸和添加量，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對孔隙率和孔徑的調(diào)控。
（2）有機泡沫浸漬法
有機泡沫浸漬法是一種利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機泡沫浸漬陶瓷漿料，然后通過高溫?zé)Y(jié)去除有機載體，從而獲得具有開孔三維網(wǎng)狀多孔陶瓷的方法。
該方法工藝簡單、操作方便、成本低廉，通過選擇不同種類的有機泡沫可以調(diào)節(jié)多孔材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌，已成為制備多孔陶瓷材料應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。有機泡沫的選擇是使用本方法時需要重點考慮的問題，通常所選泡沫需要滿足氣化溫度低于燒結(jié)體燒成溫度、具有一定的親水性和回彈性等要求。常用的有機泡沫包括聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚亞胺酯、海綿和乳膠。
由于漿料中的固體顆粒很難浸入有機泡沫內(nèi)部的小孔，有機泡沫浸漬法所得到的樣品一般孔尺寸都很大，通常介于150μm到幾毫米。此外，該方法所得多孔陶瓷形狀受限制，密度難以控制。
（3）發(fā)泡法
發(fā)泡法是一種通過向陶瓷漿料中加入起泡劑，或者通過快速攪拌將氣體引入到陶瓷坯體，然后再經(jīng)過燒結(jié)獲得多孔陶瓷材料的方法。
與有機泡沫浸漬法相比，發(fā)泡法可以制備出小孔徑的閉口氣孔，通過控制發(fā)泡劑的用量和發(fā)泡時間等因素，可以得到所需孔徑尺寸的多孔陶瓷。常用的發(fā)泡劑有碳化鈣、氫氧化鈣、雙氧水等。
發(fā)泡法工藝較為簡單、成本也很低，但是氣體的產(chǎn)生不能精確控制，孔徑大小不均勻，氣孔密度無法控制。此外，由于熱力學(xué)不穩(wěn)定，氣泡間易于相互結(jié)合形成較大的氣泡以降低系統(tǒng)自由能。通常采用加入表面活性劑的方法來降低氣-液界面能。
（4）顆粒堆積工藝
顆粒堆積工藝?yán)眯☆w粒易于燒結(jié)，在高溫下產(chǎn)生液相的特點，使氧化鋁顆粒連接起來制備多孔陶瓷。在該工藝中，對于孔徑尺寸的控制可以通過選擇不同粒徑的顆粒來實現(xiàn)，所得多孔陶瓷中孔徑大小與顆粒粒徑成正比，氧化鋁顆粒粒徑越大，形成的孔徑就越大；顆粒越均勻，產(chǎn)生的氣孔分布越均勻。
一般來說，原料顆粒的尺寸應(yīng)為所需孔徑尺寸的三至六倍。但是當(dāng)需要獲得大氣孔時，就要選擇較大的顆粒，容易造成燒結(jié)困難。為了降低燒結(jié)溫度，通常在制備過程中加入低熔點的粘結(jié)劑使氧化鋁顆粒之間形成連接。
（5）冷凍干燥法
冷凍干燥法是一種先將陶瓷漿料冷凍，然后通過降壓使溶劑從固相直接升華成氣相，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的方法。
該方法制備出的多孔陶瓷為聯(lián)通孔結(jié)構(gòu)，通過控制漿料中冰晶的生長方向，可以得到定向分布的孔洞，最終燒結(jié)成為具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷。冷凍干燥法以水為造孔劑，引入的添加劑較少，對環(huán)境不會造成任何污染，材料的孔隙率可以通過改變漿料的固含量進行調(diào)整，是一種綠色環(huán)保的工藝，可用于高定向、高氣孔率多孔材料的制備。
（6）靜電紡絲法
靜電紡絲技術(shù)是指使帶電的高分子溶液(或熔體)在高壓電場中流動拉伸變形，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻固化，最后得到纖維的紡絲工藝。
靜電紡絲法因成本低、操作簡單、適用范圍較廣和不改變?nèi)芤鹤陨硖匦缘葍?yōu)點而備受人們關(guān)注。但得到的前驅(qū)體纖維是無機物/聚合物復(fù)合纖維，須通過高溫煅燒除去聚合物成分，得到無機纖維。
雖然在紡絲過程中易形成有缺陷的“念珠狀”或“珠串”纖維，但靜電紡絲技術(shù)可以將纖維制成無紡布或薄膜形狀，能有效地控制纖維的排布，進而制備具有二維、三維結(jié)構(gòu)的纖維，廣泛應(yīng)用于過濾與分離材料、催化劑的載體，傳感器、能源轉(zhuǎn)化和儲存設(shè)備的電極等方面。
（7）電化學(xué)法
電化學(xué)中最常見的制備方法是陽極氧化法，通過電化學(xué)技術(shù)，在純鋁的表面原位生長，形成具有六角柱狀并高度規(guī)則結(jié)構(gòu)的氧化鋁薄膜。薄膜多孔氧化鋁通常采用兩步陽極氧化法制備，大大改善了多孔氧化鋁膜的結(jié)構(gòu)，孔洞排列更有序，孔徑分布更均勻。
另一種常用的制備方法是電泳沉積法，是在外加電場的作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中向電極遷移，最后沉積在電極表面，通過顆粒團聚，形成均質(zhì)膜的方法。
雖然電化學(xué)法簡單易行，工藝靈活，造價低廉，但在常溫下操作，同樣存在著缺點：陽極氧化時，生成一定厚度絕緣性良好的氧化物薄膜后，電流將難以穿透這層阻擋膜，故而膜的生長較為緩慢；電泳沉積時，由于制備的多孔氧化鋁膜較薄、韌性較差，與基體分離時極易發(fā)生破裂和卷曲。
3、小結(jié)
隨著多孔陶瓷制備技術(shù)的不斷進步，多孔氧化鋁陶瓷材料的應(yīng)用日益廣泛，同時也對其性能提出了更高的要求。不同的制備方法各有其局限性，制備出的多孔氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能不盡相同，應(yīng)根據(jù)實際需要選擇合適的制備方法。
參考資料：
王蒙等.多孔氧化鋁陶瓷的研究進展.應(yīng)用化工
盧志華等.多孔氧化鋁陶瓷制備技術(shù)研究進展.中國陶瓷
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