中國粉體網(wǎng)訊  多孔陶瓷是一種新型陶瓷材料，為三維立體骨骼結構，通過把骨料與增孔劑、粘結劑相融合，經(jīng)過高溫煅燒煉制而成。因為在燒制過程中會產(chǎn)生很多孔狀結構，所以也被人們稱為微孔陶瓷、泡沫陶瓷。

圖片來源：上海禹貝精密陶瓷有限公司

多孔陶瓷因具有超強的熱穩(wěn)定性、較低的熱傳導性和良好的透過性等優(yōu)點，目前已被廣泛應用于生物化學、環(huán)境保護、航空航天等領域。常用于催化劑載體、流體過濾裝置、分離裝置、吸附劑、人工制造器官和耐火材料、傳感器裝置等。

1多孔陶瓷發(fā)展歷程

世界的第一個多孔陶瓷是美國于1978年研制成功的，他們利用氧化鋁、高嶺土等陶瓷原料制備出多孔材料，用于鋁合金鑄造過濾，發(fā)現(xiàn)可以顯著提高鋁合金鑄件的質(zhì)量，降低廢品率。此一研究成果在1980年4月的鑄造年會上進行發(fā)表，正式拉開了多孔材料研究的帷幕。此后，英國、俄國、德國、日本、瑞士等各國家相繼開展了對多孔材料的研究。

現(xiàn)今，多孔材料的種類繁多，按多孔材料的材質(zhì)可分為八類，如高硅硅酸鹽材料、鋁硅酸鹽材料、精陶質(zhì)材料、硅藻土質(zhì)材料、純碳質(zhì)材料、剛玉和金剛砂材料、堇青石、鈦酸鋁材料等。

2多孔陶瓷的性能

多孔陶瓷材料由于其獨特的結構特點而具有優(yōu)異的性能：①密度低：由于多孔陶瓷的高孔隙率，其密度遠低于同材質(zhì)的致密陶瓷，具有輕質(zhì)的特點；②強度高：相對于多孔高分子材料和多孔金屬材料，多孔陶瓷強度較高；③比表面積高；④熱導率低；⑤高抗熱震性；⑥耐化學腐蝕性；⑦低介電常數(shù)。

目前，我國制備的多孔陶瓷的性能仍然需要進行優(yōu)化。此外，隨著人們對產(chǎn)品性能和生產(chǎn)價格的嚴格要求，制備高性能且成本低廉的多孔陶瓷就成為研究的熱點。因此了解多孔陶瓷的性能與制備方法是十分有必要的。

3多孔陶瓷制備方法

制備多孔陶瓷的方法不勝枚舉，而制備方法的不同也造成了多孔陶瓷材料結構和性能的千變?nèi)f化。以下主要介紹了幾種常見的多孔陶瓷的制備方法及其特點。

3.1直接發(fā)泡法

發(fā)泡是通過機械攪拌或添加發(fā)泡劑等方式將氣體引入到懸浮液中，通過攪拌，漿料會產(chǎn)生細密且穩(wěn)定的泡沫，然后將成型的漿料置于一旁直至干燥，將干燥完成后的樣品置于所需燒結爐中燒結，即可得到所需的多孔陶瓷材料。整個操作工程的簡易流程圖如下圖所示。制備多孔陶瓷的關鍵是制備穩(wěn)定的發(fā)泡漿料以及泡沫漿料的固化。

鋁粉直接發(fā)泡法制備氧化鋁多孔陶瓷過程圖

直接發(fā)泡法具有形狀易控、成分易控、密度易控等特點，且操作工藝簡單易學，目前是一種比較經(jīng)濟的方法。此外，此法易于工業(yè)化生產(chǎn)，開孔或閉孔結構、高氣孔率的多孔陶瓷可利用此種制備方法得到。但是由于泡沫漿料的穩(wěn)定性易受體系組分的影響，仍需要合理調(diào)控達到最優(yōu)發(fā)泡條件。

3.2添加造孔劑法

添加造孔劑法需要使被添加到陶瓷漿料中的造孔劑占據(jù)漿料的一部分體積，等將其成型干燥后，通過在燒結過程中揮發(fā)或燃盡，在陶瓷基體內(nèi)留下孔洞，從而得到多孔陶瓷。

通常選用易排除、與基體不反應、且無有害殘留的物質(zhì)作為造孔劑，其主要包括高分子材料、聚合物天然纖維等有機造孔劑。除此之外，聚乙烯醇縮丁醛、碳/煤粉、聚甲基丙烯酸甲脂、甲基纖維素、硬脂酸、尿素等，以及碳酸銨、氯化銨、碳酸氫銨等可分解的鹽類都是常見的造孔劑。

另外，造孔劑的尺寸的不一和加入量的不等都可以來對多孔陶瓷的孔結構和孔形貌進行調(diào)控，且這種調(diào)控有效、簡便易行、可控性強，這也是添加造孔劑法的最強優(yōu)勢所在。這種方法可以制備氣孔結構各異的制品，氣孔率水平一般相對較低，介于25%~75%之間，孔徑介于1~650μm之間。

3.3冷凍干燥法

冷凍干燥法又稱冰模板法，是將仍然有流動性的漿料倒入模具，將其在低溫下冷凍直至漿料中的水分凝固成冰，將其置于冷凍干燥箱進行干燥，使冰升華為水蒸氣排出去，最終可得到干燥后樣品，脫模即可。

3.4其他方法

除了上述幾種主要工藝外，還可通過其他制備方法制備多孔陶瓷，例如：陶瓷纖維法，利用陶瓷纖維相互架構成三維孔洞結構；水熱-熱靜壓工藝，孔徑不一的多孔陶瓷可通過將液態(tài)水作為壓力傳遞的介質(zhì)來制備得到；將陶瓷滲透沉積到多孔骨架得到多孔陶瓷是化學氣相滲透法的核心步驟。

此外還有許多種造孔的方法之間的結合，例如直接發(fā)泡工藝與冷凍干燥法相結合、

凝膠注模和造孔劑法的結合、墨水直寫法與造孔劑相結合等。

總而言之，不同的制備方法決定了多孔陶瓷各自不同的特點，在成本、工藝復雜性、自動化程度等方面各有利弊，材料的孔結構(包括氣孔率、孔形貌、孔徑尺寸、孔分布)等也是各有特色。

4小結

多孔陶瓷的研究與開發(fā)已經(jīng)受到人們的普遍重視，特別是它在能源、環(huán)保、化工方面的應用已初露鋒芒，進一步的開發(fā)、應用和推廣將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。研發(fā)和制備更加受市場青睞的新型高性能多孔陶瓷材料將是科學研究工作者所追求的目標。

參考來源：

【1】范羽宜.多孔氧化鋁陶瓷制備及鋁造孔機制探討.2020.

【2】李亞杰.氧化鋁多孔陶瓷材料的制備及性能研究.2020.

【3】張文毓.多孔陶瓷材料的制備與應用進展.特種陶瓷.2017.

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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