對(duì)多孔陶瓷材料的制備及應(yīng)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(yuǎn) 511515

多孔陶瓷在化學(xué)性質(zhì)方面具有良好的熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性，在物理性質(zhì)方面又具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，因?yàn)榉N種優(yōu)良的性質(zhì)和特點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用到社會(huì)的各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)中，比如生物、食品、石油、醫(yī)藥、水泥、環(huán)保、礦山和紡織等領(lǐng)域。

1 多孔陶瓷材料的特點(diǎn)

1.1 強(qiáng)度高

通常情況下對(duì)金屬氧化物、碳化硅和二氧化硅等物質(zhì)進(jìn)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(qiáng)度，原料顆粒在高溫煅燒過程中融化后黏結(jié)，進(jìn)而形成了具有高強(qiáng)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(shí)際應(yīng)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(qiáng)

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(zhì)，其中的膠體物、懸浮物和微生物等污染物就會(huì)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(shí)間后的過濾材料只要結(jié)合液體和氣體對(duì)其進(jìn)行反復(fù)沖洗就能恢復(fù)原有的過濾能力，實(shí)現(xiàn)持續(xù)反復(fù)使用。

1.4 性質(zhì)穩(wěn)定

物質(zhì)的穩(wěn)定主要指物理和化學(xué)兩個(gè)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(huì)因化學(xué)反應(yīng)造成二次污染，屬于綠色環(huán)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(jìn)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只需將制備好的泥漿灌入模具中，進(jìn)行成型燒結(jié)，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(jìn)行相互堆積，由于兩種物質(zhì)的組成成分相似，微細(xì)顆粒在高溫狀態(tài)下發(fā)生一定的化學(xué)變化將骨料與自身進(jìn)行融合。經(jīng)這種工藝制備而成的多孔陶瓷成孔均勻，主要因?yàn)楣橇ｎw粒本身較均勻，加之骨料的粒徑與孔徑大小成正比。運(yùn)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(huì)對(duì)孔的大小和分布情況產(chǎn)生影響。

2.3 發(fā)泡工藝

通過向陶瓷組分中添加適量的發(fā)泡劑，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)形成揮發(fā)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(yōu)勢(shì)是容易控制多孔材料的密度和形狀，被廣泛應(yīng)用于制備小孔徑閉口氣孔材料，但是此項(xiàng)工藝對(duì)原料的要求比較高，因?yàn)橹苽溥^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(jí)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(fā)生鏈接作用形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，溶液填滿了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空隙，而這些溶液會(huì)在燒制過程中蒸發(fā)掉，進(jìn)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(fù)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(jié)處理后，脫模升華獲得初級(jí)胚體。在水基陶瓷料漿凝固過程中，對(duì)晶體冰的生長方向進(jìn)行控制，隨后制造低壓的空間環(huán)境對(duì)其進(jìn)行干燥處理，讓冰體升華，最后高溫?zé)扑蒙鳌Ｊ褂迷摴に囍苽涠嗫仗沾煽稍诓牧象w內(nèi)形成規(guī)律的定向排列開孔，同時(shí)在相鄰開孔的壁內(nèi)還有微孔，在制備過程中可通過調(diào)節(jié)燒結(jié)時(shí)間和起始料漿的濃度控制孔的結(jié)構(gòu)。

3 多孔陶瓷材料的應(yīng)用

3.1 熔融金屬過濾材料

由于多孔陶瓷具有抗金屬?zèng)_刷、過濾面積大、過濾效率高和較強(qiáng)熱震穩(wěn)定性的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)正好都符合金屬熔體過濾凈化技術(shù)的要求，因此其被作為一種新型的高效過濾器在生產(chǎn)活動(dòng)中受到人們的喜愛。多孔陶瓷在這方面的應(yīng)用范圍很廣，現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)大到鋼鑄造工業(yè)、熔模精密鑄造和工業(yè)鑄件方面，其能很好地降低鑄件的廢品率，同時(shí)延長金屬切削加工刀具的使用壽命。多孔陶瓷被當(dāng)作過濾器用于凈化金屬液體，除了能很好地發(fā)揮其反應(yīng)過濾和機(jī)械性能以外，還能對(duì)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(shí)間，使金屬液達(dá)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(qiáng)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(kuò)大化學(xué)反應(yīng)的接觸面積，大大提高了化學(xué)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和速率，從而達(dá)到增強(qiáng)催化效果的目的。在無機(jī)分離催化膜的研究中就充分地結(jié)合了多孔陶瓷材料的催化、分離的特性，在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)用具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 隔音材料

多孔陶瓷能利用本身獨(dú)有的多孔結(jié)構(gòu)，通過引發(fā)空氣壓力對(duì)空間中產(chǎn)生的聲波起到分散作用，能有效減弱反射聲、降低噪音，同時(shí)還能對(duì)聲場的分布進(jìn)行調(diào)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(huán)境方面發(fā)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(fā)現(xiàn)，其具有很好的生物相容性和穩(wěn)定的理化性能，加之該陶瓷本身的無毒特征，不會(huì)產(chǎn)生副作用而被應(yīng)用于制作生物材料。多孔生物陶瓷與傳統(tǒng)生物陶瓷相比，其在生物體內(nèi)的應(yīng)用不會(huì)殘留任何異物，所以發(fā)生感染的概率很低，當(dāng)其用于修補(bǔ)骨缺損部分時(shí)，新的生物組織會(huì)慢慢地進(jìn)入多孔陶瓷密密麻麻的孔隙中，經(jīng)過一段時(shí)間的吸收，多孔生物陶瓷被新生骨質(zhì)所取代存在于生物體內(nèi)。

4 結(jié)束語

總而言之，隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，多孔陶瓷的制備工藝越來越完善，其在社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的應(yīng)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(yīng)用在技術(shù)上早已成為可能，其在航空、航天方面的應(yīng)用更是取得了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。加強(qiáng)對(duì)多孔陶瓷材料制備工藝的研究，以滿足更多的社會(huì)應(yīng)用需求。

[1]劉消冰.多孔陶瓷材料的制備及應(yīng)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(yīng)用研究進(jìn)展[J].科技致富向?qū)?2015,(11):181.