中國(guó)粉體網(wǎng)訊 多孔陶瓷是一種重要的功能和結(jié)構(gòu)材料，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的作用日趨增大，而多孔氧化鋁陶瓷作為多孔陶瓷中廣泛使用的一種，愈發(fā)受到關(guān)注。
圖片來(lái)源：洛陽(yáng)欣瓏陶瓷
1多孔氧化鋁陶瓷特性
多孔氧化鋁陶瓷是指一種以氧化鋁為骨料，通過(guò)在成型或燒結(jié)過(guò)程中，利用物理方法或化學(xué)方法在基體內(nèi)部形成大量相互貫通或閉合的孔洞的多孔材料。
多孔氧化鋁陶瓷是氧化鋁陶瓷與多孔陶瓷的結(jié)合體，其保留了氧化鋁陶瓷固有的優(yōu)良的熱、光、電、磁等物理性能的同時(shí)還兼有多孔結(jié)構(gòu)帶來(lái)的高的氣孔率以及較大的比表面積，具有硬度高、力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕、高溫穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，且其制造成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，因此成為了應(yīng)用領(lǐng)域最廣的一類(lèi)多孔陶瓷材料。
2多孔氧化鋁陶瓷的研究現(xiàn)狀
1978年，MollardFR率先利用氧化鋁類(lèi)的陶瓷漿料制備出了多孔陶瓷，并用其進(jìn)行熔融金屬液體的過(guò)濾。隨著多孔陶瓷的快速發(fā)展，以美英為首的歐美國(guó)家加大了研發(fā)力度，優(yōu)化了制備方法，使得其制備工藝由最初的手工作坊式逐漸向機(jī)器化和自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。
而我國(guó)于20世紀(jì)80年代才開(kāi)始對(duì)多孔陶瓷的研究。1996年，我國(guó)的第一條多孔陶瓷生產(chǎn)線在深圳建成，該生產(chǎn)線采用獨(dú)創(chuàng)的配方和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品性能及主要技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)際同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平。2006年福州大學(xué)以氧化鋁粉和莫來(lái)石為原料制備了用于鋁熔體過(guò)濾的“第二代”具有良好抗沖刷能力的多孔陶瓷過(guò)濾器。2019年，劉靜靜等人首次報(bào)道了以碳化稻殼為成孔劑和硅源制備細(xì)長(zhǎng)莫來(lái)石增強(qiáng)多孔氧化鋁陶瓷的簡(jiǎn)便方法。采用25wt%碳化稻殼制備了孔隙率為74.3%的高性能氧化鋁多孔陶瓷，其導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，為0.189W/(m·K)，超高抗壓強(qiáng)度為45MPa，其綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有陶瓷材料。
3多孔氧化鋁陶瓷的應(yīng)用
多孔氧化鋁陶瓷因其優(yōu)異的特性具有廣闊的應(yīng)用前景。
3.1催化劑載體材料
多孔氧化鋁陶瓷由于具有優(yōu)異的耐熱性、高硬度和優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，被認(rèn)為是理想的催化劑載體，并大量應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。
多孔氧化鋁陶瓷除了可以作為汽車(chē)尾氣凈化催化劑載體，在生物領(lǐng)域，也常被作為蛋白質(zhì)或細(xì)胞的載體，因其與生物體本身不產(chǎn)生排斥，并且不易污染或誘導(dǎo)蛋白質(zhì)或細(xì)胞發(fā)生變性。一般醫(yī)學(xué)工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)等會(huì)優(yōu)先選用孔徑低于0.1μm的多孔氧化鋁陶瓷作為固定酶用載體。
3.2傳感器材料
多孔氧化鋁陶瓷可被用作濕度傳感器，其工作原理在于空氣中夾雜的水分吸附到多孔氧化鋁陶瓷表面會(huì)引起陶瓷本身電導(dǎo)的變化，因此空氣濕度越大，多孔氧化鋁陶瓷吸附的水層則越厚，傳感器的電導(dǎo)也將越大，因此可以根據(jù)材料電導(dǎo)的大小來(lái)推斷周?chē)h(huán)境的濕度。
3.3熔融金屬過(guò)濾
多孔氧化鋁陶瓷材料的耐高溫性和耐腐蝕性使其即使在溫度高達(dá)1000℃以上的惡劣環(huán)境下也可以持續(xù)工作很長(zhǎng)時(shí)間。因此多孔氧化鋁陶瓷常被制備成陶瓷過(guò)濾網(wǎng)，應(yīng)用于鐵、鋁等熔融金屬液的過(guò)濾。而多孔氧化鋁陶瓷材料在工作中除了能保證金屬熔融液體中的雜質(zhì)被大幅度過(guò)濾的同時(shí)，其優(yōu)良的高溫化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性使其自身不受雜質(zhì)與金屬熔融液體的污染，得以被重復(fù)利用，是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保材料。
在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，多孔氧化鋁陶瓷作為過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾鋼鐵熔融液，不但能夠?yàn)V去鋼水中雜質(zhì)以及氮氧化合物等，同時(shí)可以大大提高鋼鐵本身的內(nèi)在性能。國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的多孔氧化鋁陶瓷過(guò)濾器件按照不同結(jié)構(gòu)種類(lèi)可劃分為顆粒形狀、網(wǎng)結(jié)構(gòu)型、芯型、蜂窩狀和泡沫等。
3.4液體過(guò)濾
利用多孔氧化鋁陶瓷氣孔率高的特點(diǎn)，可將多孔氧化鋁陶瓷制備成液體過(guò)濾器件。在當(dāng)今技術(shù)手段的支持下，多孔氧化鋁陶瓷在一定程度上已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)孔徑可控，可以根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要將其制備成孔徑為幾微米到幾十微米不同的過(guò)濾器件，由于過(guò)濾水中的雜質(zhì)、重金屬離子、細(xì)菌、微生物等，對(duì)水可以起到抗菌、殺毒的效果。
3.5吸音材料
多孔氧化鋁陶瓷由于其內(nèi)部具有大量孔徑微小的空隙及孔隙，空隙及孔隙中的空氣分子會(huì)對(duì)進(jìn)入材料的聲波產(chǎn)生粘滯阻力并帶有摩擦作用，使聲波中的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收，從而達(dá)到聲音減少的效果。而被作為吸音材料應(yīng)用的多孔氧化鋁陶瓷材料的氣孔孔徑一般要求在20μm-150μm，孔隙率需要達(dá)到60%以上。其易于清洗再生、耐高溫、耐腐蝕、比重小的優(yōu)良性能使之在現(xiàn)代高層建筑、隧道、地鐵等防火要求極高的場(chǎng)合以及一些噪音比較大的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備中發(fā)揮重大作用。
3.6隔熱耐火材料
多孔氧化鋁陶瓷中的閉合孔隙有利于削弱熱量傳遞時(shí)熱輻射、熱對(duì)流和熱傳導(dǎo)的能力，從而使陶瓷材料具有較低的熱傳導(dǎo)率、較小的比熱以及高抗熱震性等。而這些優(yōu)良的熱學(xué)性能使其可以被制備成一種理想的隔熱耐火材料應(yīng)用于各類(lèi)高溫工況中。目前工業(yè)中常用的隔熱耐火材料多為氧化鋁基、氧化鋯基、碳化硅基等，使用溫度基本維持在1600℃，而多孔氧化鋁陶瓷耐火磚是目前工業(yè)窯爐和高溫爐最常用的內(nèi)襯材料。
3.7熱交換器
多孔氧化鋁陶瓷的高孔隙率使其具有較大的熱交換面積，常被作為節(jié)能材料應(yīng)用在熱工行業(yè)中。例如在軋鋼加熱爐中，將多孔氧化鋁陶瓷安置在鋼坯加熱爐的煙道口，爐內(nèi)的高溫氣體可以通過(guò)多孔氧化鋁陶瓷進(jìn)入煙道，當(dāng)多孔氧化鋁陶瓷的溫度接近爐內(nèi)溫度時(shí)，多孔氧化鋁陶瓷會(huì)出現(xiàn)反饋?zhàn)饔�，利用其�?yōu)良的熱輻射特性反向向爐內(nèi)輻射熱量，部分補(bǔ)償了爐內(nèi)向煙道口散失的熱量。通過(guò)這種熱交換作用，可以增加30%的節(jié)能效果，使整體熱效率得到提高。
3.8生物工程材料
多孔氧化鋁陶瓷可以被用作固體酶載體，有利于生化反應(yīng)速率的提升。山東鋁研究院制備的多孔氧化鋁陶瓷，在用作固體酶載體時(shí)，可使固定酶活達(dá)到每克氧化鋁具有8000-1000個(gè)單位，大大突破了最低要求每克氧化鋁7000個(gè)單位的固定酶活。
近些年來(lái)，多孔氧化鋁陶瓷骨修復(fù)材料取得了相當(dāng)可觀的發(fā)展，使用多孔氧化鋁陶瓷進(jìn)行骨骼修復(fù)時(shí)，生物體內(nèi)的細(xì)胞、組織等會(huì)生長(zhǎng)進(jìn)入陶瓷材料孔隙內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，氧化鋁陶瓷材料可以被消化吸收而被新生骨制質(zhì)替代。多孔氧化鋁陶瓷用作牙托連接材料時(shí)，由于樹(shù)脂可以進(jìn)入材料的孔隙內(nèi)部，增大了接觸面積，使得牙齒可以更好的固定在陶瓷材料上。
3.9其他應(yīng)用
除了上述應(yīng)用外，多孔陶瓷還被用作光觸媒載體。光觸媒是一種納米級(jí)金屬氧化材料（如二氧化鈦等），將它涂覆在多孔陶瓷材料表面后，當(dāng)光觸媒材料受到光作用后，會(huì)產(chǎn)生催化氧化降解功能，可以有效降解空氣中的有毒有害氣體，還有殺菌除菌功效。對(duì)比傳統(tǒng)常用的載體材料，如活性炭氈、活性炭海綿、鋁蜂窩、金屬絲網(wǎng)等，多孔陶瓷材料對(duì)光觸媒材料有更好的附著力，使其不易脫落，增長(zhǎng)使用壽命。此外多孔陶瓷材料可以用于輻射活化，如金宗哲等采用稀土廢料制備微米級(jí)多孔陶瓷，利用引入的稀土元素具有的輻射作用，可以對(duì)水或其他物質(zhì)起到活化作用，達(dá)到節(jié)能減廢的目的。
參考來(lái)源：
【1】范羽宜.多孔氧化鋁陶瓷制備及鋁造孔機(jī)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.
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）
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