多孔陶瓷制備新工藝與進(jìn)展

趙婉亦

（湖南省長(zhǎng)沙市雅禮中學(xué)，長(zhǎng)沙 410007）

多孔陶瓷制備新工藝與進(jìn)展

趙婉亦

（湖南省長(zhǎng)沙市雅禮中學(xué)，長(zhǎng)沙 410007）

多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料，經(jīng)過(guò)成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開(kāi)孔孔徑、高開(kāi)口氣孔率的多孔性陶瓷材料，它具有耐高溫、耐高壓、抗酸、抗堿以及抗有機(jī)介質(zhì)腐蝕的特性，有著良好的生物惰性。隨著多孔陶瓷工藝應(yīng)用的領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，將會(huì)給整個(gè)社會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

多孔陶瓷；制備；新工藝；進(jìn)展

多孔陶瓷是近幾年研制出的一種新型陶瓷材料，這種材料的結(jié)構(gòu)是三維立體骨骼結(jié)構(gòu)，它是通過(guò)把骨料與增孔劑、黏結(jié)劑相融合，經(jīng)過(guò)高溫煅燒煉制而成。因?yàn)樵跓七^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多孔狀結(jié)構(gòu)，所以也被人們稱(chēng)為微孔陶瓷、泡沫陶瓷。多孔陶瓷因?yàn)閾碛谐瑥?qiáng)的熱穩(wěn)定性、較低的傳導(dǎo)性和良好的透明性等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在生物化學(xué)、環(huán)境保護(hù)、航空航天等領(lǐng)域。近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，多孔陶瓷出現(xiàn)很多新的制備工藝方法。

1　冷凍干燥工藝方法

冷凍干燥法是1813年由英國(guó)人Wollaston發(fā)明的制備多孔陶瓷方法。它的工作原理是在低溫環(huán)境下，把干燥的陶瓷原料進(jìn)行冷凍或凝固，將原料中的水分凝結(jié)成固體冰，然后放到真空環(huán)境中加熱，這樣固態(tài)冰就直接升華為水蒸氣，原料中也就呈現(xiàn)出很多開(kāi)口的多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)煅燒就制成了多孔陶瓷。由于這種制備陶瓷的工藝比較獨(dú)特，通過(guò)這種工藝方法得到的氣孔率高達(dá)90%，并且具有燒制過(guò)程控制簡(jiǎn)單、坯體燒制收縮性小、孔結(jié)構(gòu)多樣化、制品機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。其中最大的優(yōu)勢(shì)就在于該工藝在制備過(guò)程中不污染環(huán)境、理化性質(zhì)穩(wěn)定，因此通過(guò)冷凍干燥法制備的多孔陶瓷可以作為人體骨組織的替代材料，在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2　組織遺傳制備工藝方法

組織遺傳制備多孔陶瓷工藝就是將竹子、木制品等材質(zhì)中的天然多孔組織結(jié)構(gòu)制備出來(lái)的過(guò)程。它的工作原理是將植物材質(zhì)放在800℃～1 000℃的溫度下，并通過(guò)惰性氣體環(huán)境熱解碳化，得到類(lèi)似于木質(zhì)結(jié)構(gòu)的碳預(yù)制體，然后把這種碳預(yù)制體作為模板，通過(guò)大約1 600℃的煅燒將液態(tài)硅蒸發(fā)成硅蒸氣，并滲透到模板中去，使之與碳結(jié)合最終得到碳化硅多孔陶瓷。組織遺傳制備工藝制作簡(jiǎn)單，原料多樣，投資成本相對(duì)較低，但由于制品很大程度上取決于所用材料的組織結(jié)構(gòu)，因此能自主設(shè)計(jì)的可能性比較低，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也比較低。

3　放電等離子燒結(jié)工藝方法

放電等離子燒結(jié)工藝就是進(jìn)行燒結(jié)，通過(guò)顆粒之間的放電產(chǎn)生高達(dá)10 000℃的高溫，使顆粒表面蒸發(fā)并熔化形成頸部，隨后迅速散熱使頸部快速放熱冷卻而使氣壓降低。顆粒在連續(xù)的脈沖電流和壓力作用下不斷擴(kuò)散，在一系列過(guò)程中燒結(jié)密度不斷加強(qiáng)，因此在低溫環(huán)境下就能燒制出品質(zhì)較高的陶瓷燒結(jié)體，而且此過(guò)程耗能非常低。放電等離子燒結(jié)工藝因?yàn)榕c熱壓、電阻加熱和等離子活化等工藝相結(jié)合，具有升溫快速、可控性強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn)，這種工藝能使燒結(jié)的時(shí)間縮短，制備出來(lái)的材料性能優(yōu)越、組織比較緊密，因此有望成為航空航天、節(jié)能隔熱等領(lǐng)域的超級(jí)絕熱材料。但是這種工藝也存在一定缺陷，比如樣品結(jié)構(gòu)單一、原材料損耗嚴(yán)重等，所以該工藝有待進(jìn)一步改進(jìn)。

4　離子交換工藝方法

十八烷基三甲基溴化銨在水中與硅酸納晶體混合，銨鹽陽(yáng)離子自發(fā)和硅酸鹽的陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)交換，因?yàn)辂}離子體積比較大，當(dāng)銨鹽離子進(jìn)入硅酸鹽中，就會(huì)使硅酸鹽的片層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形狀的改變，并發(fā)生縮聚反應(yīng)，把有機(jī)物包圍在硅酸鹽的片層中，然后經(jīng)過(guò)高溫?zé)?，多孔陶瓷結(jié)構(gòu)就制作完成了。通過(guò)離子交換工藝制備出來(lái)的多孔材料，其表面積和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究，但在催化及吸附方面的發(fā)展前景確實(shí)很好。

6　結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)隨著陶瓷制備工藝的日益完善，多孔陶瓷

［1］ 朱新文，江東亮，譚壽洪.多孔陶瓷的制備、性能及應(yīng)用：（Ⅰ）多孔陶瓷的制造工藝［J］.陶瓷學(xué)報(bào)，2013，（01）：69-70.

［2］ 黎陽(yáng)，張誠(chéng)，李仕勇.聚碳硅烷黏結(jié)法低溫制備碳化硅多孔陶瓷［J］.中國(guó)陶瓷，2012，（05）：194-195.

TQ174.75

A

1674-8646（2015）12-0099-02

2015-09-19工藝能應(yīng)用到的領(lǐng)域也越來(lái)越多，為整個(gè)社會(huì)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。但這些新的制備工藝由于成本較高、工藝流程復(fù)雜，僅停留在研究試驗(yàn)階段，供高?；蚩蒲袡C(jī)構(gòu)初步探索使用。而在航空航天、醫(yī)藥醫(yī)學(xué)以及武器裝備等領(lǐng)域，對(duì)多孔陶瓷材料的需求量卻逐年增加，對(duì)其性能的要求也在日益提高。為了克服這些弊端，多孔陶瓷今后研究和發(fā)展的方向主要有以下幾方面：第一，多孔陶瓷在新能源方面的應(yīng)用，例如研制儲(chǔ)氫材料、多孔電極在燃料電池的應(yīng)用等。第二，吸收材料在凈化環(huán)境中的應(yīng)用。第三，耐高溫高壓多孔陶瓷的制備與開(kāi)發(fā)。第四，納米級(jí)多孔材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。第五，生產(chǎn)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展。我國(guó)在注重環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，應(yīng)該加大對(duì)多孔陶瓷材料的研究、開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，使其為社會(huì)的發(fā)展提供便利。