對多孔陶瓷材料的制備及應用的分析和思考

吳芝雄

佛山市簡一陶瓷有限公司 廣東 清遠 511515

多孔陶瓷在化學性質方面具有良好的熱穩定性和抗腐蝕性，在物理性質方面又具有較高的機械強度，因為種種優良的性質和特點被廣泛地應用到社會的各項生產活動中，比如生物、食品、石油、醫藥、水泥、環保、礦山和紡織等領域。

1 多孔陶瓷材料的特點

1.1 強度高

通常情況下對金屬氧化物、碳化硅和二氧化硅等物質進行高溫煅燒后就形成了多孔陶瓷的材料，這些材料的本身就具有超高的強度，原料顆粒在高溫煅燒過程中融化后黏結，進而形成了具有高強度的陶瓷。

1.2 汽孔率高

具有較多均勻可控的氣孔是多孔陶瓷的重要特征，一般情況下氣孔被分為開口氣孔和閉口氣孔兩種，開口氣氣孔在實際應用中有消除回聲、過濾和吸附等作用，閉口氣孔則具有傳遞固體微粒，阻隔液體、聲音和熱量的功能。

1.3 過濾性強

由于具有較高的氣孔率和比表面積，透過多孔材料的過濾物質，其中的膠體物、懸浮物和微生物等污染物就會被阻截下來，具有良好的過濾性能[1]。不僅如此，使用過一段時間后的過濾材料只要結合液體和氣體對其進行反復沖洗就能恢復原有的過濾能力，實現持續反復使用。

1.4 性質穩定

物質的穩定主要指物理和化學兩個方面，多孔陶瓷材料不僅耐酸、耐堿，還能承受高溫高壓，并且在各種使用過程中不會因化學反應造成二次污染，屬于綠色環保型的功能材料。

2 多孔陶瓷材料的制備工藝

2.1 擠壓成型工藝

多孔陶瓷中的擠壓成型工藝是依靠模具來進行的，就操作性而言是比較簡單的工藝。一般其模具都是蜂窩網狀結構，只需將制備好的泥漿灌入模具中，進行成型燒結，便制作成功多孔陶瓷，人們生活中用于凈化汽車尾氣的蜂窩狀陶瓷就是通過這種工藝制備而成的。擠壓成型工藝以成型快、操作簡單為主要特征，但是由于形式過于單一化，以正方形和三角形為主，無法制作尺寸要求較小的陶瓷材料。

2.2 顆粒堆積工藝

顆粒堆積工藝就是將顆粒和骨料進行相互堆積，由于兩種物質的組成成分相似，微細顆粒在高溫狀態下發生一定的化學變化將骨料與自身進行融合。經這種工藝制備而成的多孔陶瓷成孔均勻，主要因為骨粒顆粒本身較均勻，加之骨料的粒徑與孔徑大小成正比。運用該種工藝制備多孔陶瓷的過程中要注意添加劑的含量、溫度和種類等，這些會對孔的大小和分布情況產生影響。

2.3 發泡工藝

通過向陶瓷組分中添加適量的發泡劑，經過一系列的化學反應形成揮發性氣體和泡沫，最后聽過干燥處理后，燒制成型為多孔陶瓷材料。這種工藝的優勢是容易控制多孔材料的密度和形狀，被廣泛應用于制備小孔徑閉口氣孔材料，但是此項工藝對原料的要求比較高，因為制備過程中工藝條件不好控制。

2.4 溶膠—凝膠工藝

氣孔分布均勻、納米級孔徑的多孔陶瓷通常都是由溶膠—凝膠工藝制備而成的，該種工藝主要指溶膠中的膠體粒子在凝膠過程中，發生鏈接作用形成空間網狀結構，溶液填滿了網狀結構的空隙，而這些溶液會在燒制過程中蒸發掉，進而形成諸多小孔。這樣制備出來的多孔陶瓷，成孔均勻，主要用于制備不同的組成復合膜[2]。

2.5 升華干燥工藝

升華干燥工藝是成型工藝的一種，主要過程就是將水溶性或者含有硅膠的陶瓷漿料放置于模具中，通過超低溫的凍結處理后，脫模升華獲得初級胚體。在水基陶瓷料漿凝固過程中，對晶體冰的生長方向進行控制，隨后制造低壓的空間環境對其進行干燥處理，讓冰體升華，最后高溫燒制所得生坯。使用該工藝制備多空陶瓷可在材料體內形成規律的定向排列開孔，同時在相鄰開孔的壁內還有微孔，在制備過程中可通過調節燒結時間和起始料漿的濃度控制孔的結構。

3 多孔陶瓷材料的應用

3.1 熔融金屬過濾材料

由于多孔陶瓷具有抗金屬沖刷、過濾面積大、過濾效率高和較強熱震穩定性的特點，這些特點正好都符合金屬熔體過濾凈化技術的要求，因此其被作為一種新型的高效過濾器在生產活動中受到人們的喜愛。多孔陶瓷在這方面的應用范圍很廣，現在已經擴大到鋼鑄造工業、熔模精密鑄造和工業鑄件方面，其能很好地降低鑄件的廢品率，同時延長金屬切削加工刀具的使用壽命。多孔陶瓷被當作過濾器用于凈化金屬液體，除了能很好地發揮其反應過濾和機械性能以外，還能對金屬液起到很好的“整流”效果，通過破壞金屬液渣包來延長渣上浮的時間，使金屬液達到最大化的凈化效果。

3.2 催化劑載體

基于多空陶瓷本身具有超強的吸附性能和表面活性，如果將催化劑置于多孔陶瓷材料上，就能充分的利用其上述特征擴大化學反應的接觸面積，大大提高了化學反應的轉化率和速率，從而達到增強催化效果的目的。在無機分離催化膜的研究中就充分地結合了多孔陶瓷材料的催化、分離的特性，在社會生產活動中的應用具有很好的經濟效益。

3.3 隔音材料

多孔陶瓷能利用本身獨有的多孔結構，通過引發空氣壓力對空間中產生的聲波起到分散作用，能有效減弱反射聲、降低噪音，同時還能對聲場的分布進行調整，通過控制反射聲來消除回音，具有很好的吸音功能，被用作隔音材料，在控制噪聲改善環境方面發揮著很大的作用

3.4 生物工程材料

在多孔生物陶瓷的研究中發現，其具有很好的生物相容性和穩定的理化性能，加之該陶瓷本身的無毒特征，不會產生副作用而被應用于制作生物材料。多孔生物陶瓷與傳統生物陶瓷相比，其在生物體內的應用不會殘留任何異物，所以發生感染的概率很低，當其用于修補骨缺損部分時，新的生物組織會慢慢地進入多孔陶瓷密密麻麻的孔隙中，經過一段時間的吸收，多孔生物陶瓷被新生骨質所取代存在于生物體內。

4 結束語

總而言之，隨著科學的進步與發展，多孔陶瓷的制備工藝越來越完善，其在社會生產活動中的應用范圍也越來越廣泛。今年來，多孔陶瓷制備工藝大幅提升，諸多應用在技術上早已成為可能，其在航空、航天方面的應用更是取得了巨大的社會效益和經濟效益。加強對多孔陶瓷材料制備工藝的研究，以滿足更多的社會應用需求。

[1]劉消冰.多孔陶瓷材料的制備及應用分析[J].黑龍江科技信息,2016,(23):40-40.

[2]肖飛.多孔陶瓷材料的制備與應用研究進展[J].科技致富向導,2015,(11):181.