多孔陶瓷制备新工艺与进展

赵婉亦

（湖南省长沙市雅礼中学，长沙 410007）

多孔陶瓷制备新工艺与进展

赵婉亦

（湖南省长沙市雅礼中学，长沙 410007）

多孔陶瓷材料是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料，经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的多孔性陶瓷材料，它具有耐高温、耐高压、抗酸、抗碱以及抗有机介质腐蚀的特性，有着良好的生物惰性。随着多孔陶瓷工艺应用的领域越来越广泛，将会给整个社会带来巨大的经济效益和社会效益。

多孔陶瓷；制备；新工艺；进展

多孔陶瓷是近几年研制出的一种新型陶瓷材料，这种材料的结构是三维立体骨骼结构，它是通过把骨料与增孔剂、黏结剂相融合，经过高温煅烧炼制而成。因为在烧制过程中会产生很多孔状结构，所以也被人们称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷。多孔陶瓷因为拥有超强的热稳定性、较低的传导性和良好的透明性等优点，目前已广泛应用在生物化学、环境保护、航空航天等领域。近年来随着科学技术的飞速发展，多孔陶瓷出现很多新的制备工艺方法。

1　冷冻干燥工艺方法

冷冻干燥法是1813年由英国人Wollaston发明的制备多孔陶瓷方法。它的工作原理是在低温环境下，把干燥的陶瓷原料进行冷冻或凝固，将原料中的水分凝结成固体冰，然后放到真空环境中加热，这样固态冰就直接升华为水蒸气，原料中也就呈现出很多开口的多孔结构，经过煅烧就制成了多孔陶瓷。由于这种制备陶瓷的工艺比较独特，通过这种工艺方法得到的气孔率高达90%，并且具有烧制过程控制简单、坯体烧制收缩性小、孔结构多样化、制品机械强度高等特点。其中最大的优势就在于该工艺在制备过程中不污染环境、理化性质稳定，因此通过冷冻干燥法制备的多孔陶瓷可以作为人体骨组织的替代材料，在医疗领域广泛应用。

2　组织遗传制备工艺方法

组织遗传制备多孔陶瓷工艺就是将竹子、木制品等材质中的天然多孔组织结构制备出来的过程。它的工作原理是将植物材质放在800℃～1 000℃的温度下，并通过惰性气体环境热解碳化，得到类似于木质结构的碳预制体，然后把这种碳预制体作为模板，通过大约1 600℃的煅烧将液态硅蒸发成硅蒸气，并渗透到模板中去，使之与碳结合最终得到碳化硅多孔陶瓷。组织遗传制备工艺制作简单，原料多样，投资成本相对较低，但由于制品很大程度上取决于所用材料的组织结构，因此能自主设计的可能性比较低，相应的转化率也比较低。

3　放电等离子烧结工艺方法

放电等离子烧结工艺就是进行烧结，通过颗粒之间的放电产生高达10 000℃的高温，使颗粒表面蒸发并熔化形成颈部，随后迅速散热使颈部快速放热冷却而使气压降低。颗粒在连续的脉冲电流和压力作用下不断扩散，在一系列过程中烧结密度不断加强，因此在低温环境下就能烧制出品质较高的陶瓷烧结体，而且此过程耗能非常低。放电等离子烧结工艺因为与热压、电阻加热和等离子活化等工艺相结合，具有升温快速、可控性强、节能环保等特点，这种工艺能使烧结的时间缩短，制备出来的材料性能优越、组织比较紧密，因此有望成为航空航天、节能隔热等领域的超级绝热材料。但是这种工艺也存在一定缺陷，比如样品结构单一、原材料损耗严重等，所以该工艺有待进一步改进。

4　离子交换工艺方法

十八烷基三甲基溴化铵在水中与硅酸纳晶体混合，铵盐阳离子自发和硅酸盐的阳离子实现交换，因为盐离子体积比较大，当铵盐离子进入硅酸盐中，就会使硅酸盐的片层结构产生形状的改变，并发生缩聚反应，把有机物包围在硅酸盐的片层中，然后经过高温烧制，多孔陶瓷结构就制作完成了。通过离子交换工艺制备出来的多孔材料，其表面积和稳定性有待进一步研究，但在催化及吸附方面的发展前景确实很好。

6　结语

近年来随着陶瓷制备工艺的日益完善，多孔陶瓷

［1］ 朱新文，江东亮，谭寿洪.多孔陶瓷的制备、性能及应用：（Ⅰ）多孔陶瓷的制造工艺［J］.陶瓷学报，2013，（01）：69-70.

［2］ 黎阳，张诚，李仕勇.聚碳硅烷黏结法低温制备碳化硅多孔陶瓷［J］.中国陶瓷，2012，（05）：194-195.

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1674-8646（2015）12-0099-02

2015-09-19工艺能应用到的领域也越来越多，为整个社会带来了巨大的经济效益和社会效益。但这些新的制备工艺由于成本较高、工艺流程复杂，仅停留在研究试验阶段，供高校或科研机构初步探索使用。而在航空航天、医药医学以及武器装备等领域，对多孔陶瓷材料的需求量却逐年增加，对其性能的要求也在日益提高。为了克服这些弊端，多孔陶瓷今后研究和发展的方向主要有以下几方面：第一，多孔陶瓷在新能源方面的应用，例如研制储氢材料、多孔电极在燃料电池的应用等。第二，吸收材料在净化环境中的应用。第三，耐高温高压多孔陶瓷的制备与开发。第四，纳米级多孔材料的开发与应用。第五，生产成本的降低和产业化、规模化发展。我国在注重环境保护和可持续发展的基础上，应该加大对多孔陶瓷材料的研究、开发与应用，使其为社会的发展提供便利。