多孔陶瓷制備新工藝與進展

趙婉亦

（湖南省長沙市雅禮中學，長沙 410007）

多孔陶瓷制備新工藝與進展

趙婉亦

（湖南省長沙市雅禮中學，長沙 410007）

多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優質原料為主料，經過成型和特殊高溫燒結工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的多孔性陶瓷材料，它具有耐高溫、耐高壓、抗酸、抗堿以及抗有機介質腐蝕的特性，有著良好的生物惰性。隨著多孔陶瓷工藝應用的領域越來越廣泛，將會給整個社會帶來巨大的經濟效益和社會效益。

多孔陶瓷；制備；新工藝；進展

多孔陶瓷是近幾年研制出的一種新型陶瓷材料，這種材料的結構是三維立體骨骼結構，它是通過把骨料與增孔劑、黏結劑相融合，經過高溫煅燒煉制而成。因為在燒制過程中會產生很多孔狀結構，所以也被人們稱為微孔陶瓷、泡沫陶瓷。多孔陶瓷因為擁有超強的熱穩定性、較低的傳導性和良好的透明性等優點，目前已廣泛應用在生物化學、環境保護、航空航天等領域。近年來隨著科學技術的飛速發展，多孔陶瓷出現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年由英國人Wollaston發明的制備多孔陶瓷方法。它的工作原理是在低溫環境下，把干燥的陶瓷原料進行冷凍或凝固，將原料中的水分凝結成固體冰，然后放到真空環境中加熱，這樣固態冰就直接升華為水蒸氣，原料中也就呈現出很多開口的多孔結構，經過煅燒就制成了多孔陶瓷。由于這種制備陶瓷的工藝比較獨特，通過這種工藝方法得到的氣孔率高達90%，并且具有燒制過程控制簡單、坯體燒制收縮性小、孔結構多樣化、制品機械強度高等特點。其中最大的優勢就在于該工藝在制備過程中不污染環境、理化性質穩定，因此通過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，在醫療領域廣泛應用。

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、木制品等材質中的天然多孔組織結構制備出來的過程。它的工作原理是將植物材質放在800℃～1 000℃的溫度下，并通過惰性氣體環境熱解碳化，得到類似于木質結構的碳預制體，然后把這種碳預制體作為模板，通過大約1 600℃的煅燒將液態硅蒸發成硅蒸氣，并滲透到模板中去，使之與碳結合最終得到碳化硅多孔陶瓷。組織遺傳制備工藝制作簡單，原料多樣，投資成本相對較低，但由于制品很大程度上取決于所用材料的組織結構，因此能自主設計的可能性比較低，相應的轉化率也比較低。

3　放電等離子燒結工藝方法

放電等離子燒結工藝就是進行燒結，通過顆粒之間的放電產生高達10 000℃的高溫，使顆粒表面蒸發并熔化形成頸部，隨后迅速散熱使頸部快速放熱冷卻而使氣壓降低。顆粒在連續的脈沖電流和壓力作用下不斷擴散，在一系列過程中燒結密度不斷加強，因此在低溫環境下就能燒制出品質較高的陶瓷燒結體，而且此過程耗能非常低。放電等離子燒結工藝因為與熱壓、電阻加熱和等離子活化等工藝相結合，具有升溫快速、可控性強、節能環保等特點，這種工藝能使燒結的時間縮短，制備出來的材料性能優越、組織比較緊密，因此有望成為航空航天、節能隔熱等領域的超級絕熱材料。但是這種工藝也存在一定缺陷，比如樣品結構單一、原材料損耗嚴重等，所以該工藝有待進一步改進。

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，銨鹽陽離子自發和硅酸鹽的陽離子實現交換，因為鹽離子體積比較大，當銨鹽離子進入硅酸鹽中，就會使硅酸鹽的片層結構產生形狀的改變，并發生縮聚反應，把有機物包圍在硅酸鹽的片層中，然后經過高溫燒制，多孔陶瓷結構就制作完成了。通過離子交換工藝制備出來的多孔材料，其表面積和穩定性有待進一步研究，但在催化及吸附方面的發展前景確實很好。

6　結語

近年來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、性能及應用：（Ⅰ）多孔陶瓷的制造工藝［J］.陶瓷學報，2013，（01）：69-70.

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

TQ174.75

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1674-8646（2015）12-0099-02

2015-09-19工藝能應用到的領域也越來越多，為整個社會帶來了巨大的經濟效益和社會效益。但這些新的制備工藝由于成本較高、工藝流程復雜，僅停留在研究試驗階段，供高校或科研機構初步探索使用。而在航空航天、醫藥醫學以及武器裝備等領域，對多孔陶瓷材料的需求量卻逐年增加，對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用，例如研制儲氫材料、多孔電極在燃料電池的應用等。第二，吸收材料在凈化環境中的應用。第三，耐高溫高壓多孔陶瓷的制備與開發。第四，納米級多孔材料的開發與應用。第五，生產成本的降低和產業化、規模化發展。我國在注重環境保護和可持續發展的基礎上，應該加大對多孔陶瓷材料的研究、開發與應用，使其為社會的發展提供便利。