泡沫陶瓷的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展*

張文毓

(中國船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所 河南 洛陽 471023)

前言

泡沫陶瓷是具有高比面積、高氣孔率、低密度、低熱傳導(dǎo)系數(shù)，對液體和氣體介質(zhì)有選擇透過性，并具有能量吸收和阻尼特性等優(yōu)異性能的新型材料，且孔道呈互相連接的迷宮式三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的多孔體，在熔融金屬、氣體液體過濾、凈化分離、化工催化載體、吸聲減震、高級保溫材料、生物材料、特種墻體材料和傳感器材料等方面作用顯著，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、能源、化工、生物等領(lǐng)域。

從廣義上講，具有泡沫孔洞，或用有機(jī)泡沫做填充載體、燒失得到的多孔陶瓷都可稱為泡沫陶瓷。但從嚴(yán)格意義上來說，泡沫陶瓷是專指使用聚氨脂或其它有機(jī)材料的開孔泡沫塑料作為支撐載體，浸掛陶瓷漿料成形，之后在燒成過程中同時去除有機(jī)載體，得到的高孔隙率制品。泡沫陶瓷一般用作鑄造行業(yè)的熔融金屬過濾，其有堇青石、莫來石、氧化鋁、碳化硅、氧化鋯等多種材質(zhì)。而目前應(yīng)用較多的是氧化鋁、碳化硅、氧化鋯3種。其中，氧化鋁泡沫陶瓷主要用于金屬鋁和鋁合金過濾；碳化硅泡沫陶瓷用于鑄鐵及有色金屬過濾；氧化鋯泡沫陶瓷用于不銹鋼及更高溫合金過濾等[1]。

1 概述

泡沫陶瓷材料最早于20世紀(jì)70年代由美國科學(xué)家利用氧化鋁和高嶺土等原料研制成功， 是一種具有高溫特性的多孔材料。我國對氧化鋁泡沫陶瓷的研究起步較晚， 于20世紀(jì)80年代初才開展相關(guān)研究工作。泡沫陶瓷作為第三代多孔過濾陶瓷， 以其密度小、氣孔率高、耐高溫、比強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于金屬熔液過濾、隔熱隔音材料、汽車尾氣處理、電工電子領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域以及生物化學(xué)等領(lǐng)域。它制造工藝簡單，通過選擇不同的材質(zhì)， 并控制加工工藝過程， 可以制成適合于不同用途的泡沫陶瓷產(chǎn)品。氧化鋁泡沫陶瓷是使用最早的一類泡沫陶瓷，也是泡沫陶瓷3大類( 氧化鋁、碳化硅、氧化鋯) 中的一個重要分支， 被廣泛使用于鋁及其合金鑄造行業(yè)。

1.1 泡沫陶瓷的定義

泡沫陶瓷是一種無機(jī)非金屬材料，是以陶瓷原礦、頁巖、陶瓷工業(yè)廢渣、粉煤灰、煤矸石、大理石尾礦、爐渣等等無機(jī)材料作為主要原料，摻加一定比例的發(fā)泡劑、助溶劑等經(jīng)過混合、制粉、填料等工藝，再經(jīng)高溫焙燒而成的高氣孔率陶瓷材料，或用有機(jī)泡沫做填料燒失得到的多孔陶瓷材料。泡沫陶瓷可采用低值低質(zhì)的頁巖、工業(yè)廢渣，對環(huán)境保護(hù)和降低能耗有更大優(yōu)勢。在同等導(dǎo)熱系數(shù)值時，泡沫陶瓷的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度要大于泡沫玻璃，使用更安全[2]。

1.2 泡沫陶瓷的分類

泡沫陶瓷有多種分類方法。按孔隙之間關(guān)系分類可分為:閉口氣孔和開口氣孔2種。泡沫陶瓷按材質(zhì)又可分為以下幾種:

1)鋁硅酸鹽材料。

2)高硅質(zhì)硅酸鹽材料。

3)靜陶質(zhì)材料。

4)硅藻土質(zhì)材料。

5)剛玉和金剛砂材料。

1.3 制備方法

泡沫陶瓷材料的制備方法很多，其中應(yīng)用較成功的有：有機(jī)物燃失法、添加造孔劑方法、發(fā)泡方法、有機(jī)前驅(qū)體浸漬法及溶膠-凝膠方法等。在實際生產(chǎn)中，往往同時采用多種工藝方法，以提高產(chǎn)品的氣孔率。

制備工藝發(fā)展包括凝膠注模工藝和自蔓延高溫合成工藝。另外，還有諸如泡沫前驅(qū)體反應(yīng)法、有機(jī)泡沫堆積法、水熱-熱靜壓工藝、微波加熱工藝、分相濾出法、固-氣共晶法、木材熱解構(gòu)架法等泡沫陶瓷制備方法。

1.4 泡沫陶瓷的特點(diǎn)

泡沫陶瓷作為一種新興的陶瓷材料有很多優(yōu)良的特點(diǎn) 。

1)耐腐蝕性強(qiáng)。通過材質(zhì)的選擇和工藝控制, 可制成適用于各種腐蝕環(huán)境的多孔陶瓷。

2)良好的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。在較大的應(yīng)力負(fù)載下, 孔的形狀不會發(fā)生變化。

3)很強(qiáng)的耐高溫性。熱膨脹系數(shù)低, 可以過濾熔融的金屬熔液或高溫燃?xì)鈁3]。

1.5 泡沫陶瓷的主要用途

泡沫陶瓷是一種造型上像泡沫狀的多孔陶瓷，它是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后，最近發(fā)展起來的第三代多孔陶瓷產(chǎn)品。這種高技術(shù)陶瓷具有三維連通孔道，同時對其形狀、孔尺寸、滲透性、表面積及化學(xué)性能均可進(jìn)行適度調(diào)整變化，制品就像是“被鋼化了的泡沫塑料”或“被瓷化了的海綿體”。作為一種新型的無機(jī)非金屬過濾材料，泡沫陶瓷具有重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡單、使用壽命長及良好的過濾吸附性能等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的過濾器如陶瓷顆粒燒結(jié)體，玻璃纖維布相比，不僅操作簡單、節(jié)約能源、成本低，而且過濾效果較好。泡沫陶瓷可以廣泛地應(yīng)用于冶金、化工、輕工、食品、環(huán)保、節(jié)能等領(lǐng)域。目前泡沫陶瓷的主要用途是：

1)熔融金屬過濾用泡沫陶瓷。

2)多孔介質(zhì)燃燒器用泡沫陶瓷。

3) 高溫?zé)煔馓幚碛门菽沾伞?/p>

4)中高溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)系。

5)汽車尾氣催化凈化器、節(jié)能建筑材料等領(lǐng)域[4]。

2 研究現(xiàn)狀

自20世紀(jì)70年代美國首先研制出泡沫陶瓷過濾器以來，泡沫陶瓷研究就得到了各國研究者極大的重視，現(xiàn)已成功研制出了適合不同用途的泡沫陶瓷，如氧化鋁、氧化鋯、碳化硅、氮化硅、碳化鈦、硼化物、莫來石、鋯剛玉-莫來石、鎂鋁尖晶石等高溫泡沫陶瓷。

2.1 國外研究現(xiàn)狀

自1978年美國發(fā)明了利用氧化鋁、高嶺土之類陶瓷原料研制成功泡沫陶瓷并用于熔融鋁合金鑄造過濾之后，英國、日本、德國、瑞士等國家競相開展了生產(chǎn)工藝的研究，技術(shù)裝備越來越向機(jī)械化、自動化發(fā)展。目前，已研制出多種材質(zhì)、適合于不同用途的泡沫陶瓷過濾材料，如Al2O3、ZrO2、SiC、莫來石、堇青石、氮化硅以及硼化物等高溫泡沫陶瓷材料，產(chǎn)品已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，形成了一個新興產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)鏈。

目前，國際工業(yè)發(fā)達(dá)國家的鑄造行業(yè)，已普遍采用金屬熔體過濾工藝。通過使用表明，運(yùn)用泡沫陶瓷過濾技術(shù)可使鑄件夾雜物含量大幅降低、合格率大幅度提高(可提高50%以上)， 可提高鑄件的機(jī)械性能、延長金屬切削加工的刀具壽命。據(jù)報道，在生產(chǎn)生鐵鑄件時，采用泡沫陶瓷過濾器，可使產(chǎn)品的合格率提高到80%。當(dāng)灰口鐵和可鍛鑄鐵采用泡沫陶瓷過濾器進(jìn)行凈化、生產(chǎn)汽車用曲軸時， 僅機(jī)械加工車間的廢品率就從35%降低到0.3%。在連續(xù)鑄鋼中，采用泡沫陶瓷過濾，能使不銹鋼中非金屬夾雜物的含量大約減少20%。英國Foseco公司研制的泡沫陶瓷過濾器可消除比10 μm 小得多的夾渣， 經(jīng)過濾的鋁合金壓鑄件比過濾前的鑄件，在機(jī)加工時刀具磨損量減小50%， 過濾使鐵素體球鐵的疲勞強(qiáng)度提高10%左右，道具磨損減少0.04～0.1 mm[5]。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在20世紀(jì)80年代初開展泡沫陶瓷研究工作，并取得較大進(jìn)展，部分產(chǎn)品已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。但是我國泡沫陶瓷整體技術(shù)水平上與國外相比尚有一定差距。

隨著國內(nèi)對金屬制品純度、性能等要求的提高，泡沫陶瓷過濾技術(shù)及其產(chǎn)品的應(yīng)用日益重要。泡沫陶瓷過濾技術(shù)在冶金鑄造工業(yè)方面的應(yīng)用也越來越廣泛。

1985年哈爾濱工業(yè)大學(xué)葉榮茂等成功地研究出了用于鑄鐵、不銹鋼過濾的泡沫陶瓷過濾器，填補(bǔ)了我國空白。山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計院是國內(nèi)研究、開發(fā)泡沫陶瓷比較早的單位，目前開發(fā)的產(chǎn)品品種、質(zhì)量以及生產(chǎn)能力居國內(nèi)前列，并制定了《泡沫陶瓷過濾板》建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目前我國用于有色金屬熔體即鋁、銅合金熔體過濾的泡沫陶瓷過濾板，其產(chǎn)品質(zhì)量可與美國Astro公司相媲美，但是目前還未形成生產(chǎn)規(guī)模，尚處于開發(fā)階段。為了得到性能優(yōu)異的泡沫陶瓷，制備工藝也在不斷改進(jìn)，最為可行的方法是有機(jī)泡沫浸漬法。上海硅酸鹽研究所的朱新文等用有機(jī)泡沫浸漬法來制備SiC泡沫陶瓷，收到了良好的效果[6]。

哈爾濱理工大學(xué)于1982年最早研制出用于鋁合金過濾的泡沫陶瓷過濾器。此后，該校又陸續(xù)開發(fā)出可用于黑色金屬過濾的泡沫陶瓷過濾器。在此期間，沈陽鑄造研究所、上海機(jī)械制造工藝研究所、湖北省機(jī)電研究設(shè)計院、南昌航空工業(yè)學(xué)院、東風(fēng)汽車公司等單位也先后開展了泡沫陶瓷過濾器的研究工作，均取得了豐碩成果。

近20多年來， 已先后有多家科研機(jī)構(gòu)和廠家進(jìn)行了泡沫陶瓷制品的探索研究。熔融金屬過濾用泡沫陶瓷國產(chǎn)產(chǎn)品已基本上可滿足日益增長的國內(nèi)需要，有的品種還大量出口，只有少數(shù)高端產(chǎn)品尚需進(jìn)口。

3 應(yīng)用進(jìn)展

泡沫陶瓷的應(yīng)用開始于19世紀(jì)70年代，當(dāng)時主要用于高溫熔融合金過濾。后來，隨著泡沫陶瓷使用范圍的不斷擴(kuò)大，其應(yīng)用領(lǐng)域也在逐漸擴(kuò)大，由過濾、熱工等領(lǐng)域逐漸擴(kuò)展到隔熱、吸音、電子、光電、傳感、環(huán)境生物及化學(xué)領(lǐng)域。例如, 泡沫陶瓷可被用作陶瓷傳感器的濕敏和氣敏元件、高速電子系統(tǒng)的襯底材料、燃料電池的多孔電極、電池的分離介質(zhì)和電極等。

作為一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的新型多孔陶瓷材料，泡沫陶瓷具有容重低，氣孔率高，比表面積大，滲透性好，強(qiáng)度高，隔音和隔熱性能優(yōu)良，耐高溫和耐酸堿腐蝕能力強(qiáng)，熱傳導(dǎo)率低，抗熱震性能優(yōu)良，化學(xué)性能穩(wěn)定，對氣體壓力損失小，過濾吸附性好，電、磁、光學(xué)等性能優(yōu)良，壽命長，再生簡單等諸多特性，因而被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、航空航天、汽車、電子、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，可用于隔熱材料、絕緣防滲材料、隔熱隔音材料、特種填料、吸音材料、催化劑及催化劑載體、熔融金屬和熱氣過濾器、汽車尾氣凈化器、多孔介質(zhì)燃燒器、分離膜、熱交換器、燃料電池的電極及隔膜、傳感器、熱敏電阻、多孔壓電陶瓷等，應(yīng)用前景廣闊。

泡沫陶瓷是具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)高氣孔率的多孔陶瓷體，其造型猶如鋼化了的泡沫塑料或瓷化了的海綿體。由于它具有氣孔率高、比表面積大、抗熱震性、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕及良好的機(jī)械強(qiáng)度和過濾吸附性能，可廣泛應(yīng)用于熱交換材料、布?xì)獠牧?、汽車尾氣凈化裝置、冶金工業(yè)熔融態(tài)金屬過濾(如鋁合金、銅合金、鋼水、鐵水等)、熱能回收(如鋼材連續(xù)加熱爐上的熱交換器、燃煤鍋爐煙塵的隔熱交換和過濾除塵)、工業(yè)污水處理(如采礦業(yè)處理帶毒氣的液體)、隔熱、隔音材料等。近年來，泡沫陶瓷材料的應(yīng)用領(lǐng)域又?jǐn)U展到了航空領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域及生物化學(xué)領(lǐng)域等。泡沫陶瓷的廣泛應(yīng)用已引起了全球材料界的高度重視，制備高強(qiáng)度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定、高度有序的泡沫陶瓷體，拓寬和開發(fā)泡沫陶瓷在國內(nèi)各行業(yè)中的應(yīng)用，無疑是十分必要的[7]。

泡沫陶瓷在工業(yè)、環(huán)保和醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用，可用作輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料、高溫窯爐隔熱材料、吸聲材料、催化劑載體、熔融金屬液過濾器、環(huán)境污染物吸收劑、化學(xué)反應(yīng)器、太陽能接收器、導(dǎo)彈天線罩和骨移植材料等。泡沫陶瓷的性能和應(yīng)用領(lǐng)域主要取決于泡沫陶瓷的孔特性。因此，在制備過程中控制泡沫陶瓷的孔特性極其重要。關(guān)于泡沫陶瓷材料在新領(lǐng)域應(yīng)用的報道很多，較新的應(yīng)用領(lǐng)域歸納起來主要有以下幾種。

3.1 環(huán)境材料

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，各行業(yè)在生產(chǎn)中排放的有害氣體和廢水也越來越多，如果處理不當(dāng)，就會影響到人們的生存環(huán)境，所以環(huán)境保護(hù)成為時代的主題。泡沫陶瓷在汽車催化轉(zhuǎn)化器的應(yīng)用已經(jīng)有很長時間；除臭用泡沫陶瓷催化器能使廢水中有機(jī)溶劑、惡臭氣體催化燃燒，達(dá)到除臭凈化的目的；采用耐高溫且有足夠強(qiáng)度的抗熱震性、高滲透性泡沫陶瓷可有效地除去高溫含塵氣體中的雜質(zhì)?，F(xiàn)在泡沫陶瓷已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車尾氣、工業(yè)廢水廢氣、生活廢水的處理問題上。

3.2 隔熱材料

在泡沫陶瓷中由于閉氣孔的存在，降低了其放熱效率，減少了熱傳播過程中的對流，使泡沫陶瓷具有熱傳導(dǎo)率低、抗熱震性能優(yōu)良等特性，是一種理想的耐熱材料。由泡沫陶瓷制作的典型耐熱材料為耐熱磚，其材質(zhì)有ZrO2、SiC、Si3N4和鎂質(zhì)材料等，使用溫度高達(dá)1 600 ℃。目前，世界上最好的隔熱材料正是這類材料，稱之為“超級絕熱材料”，被應(yīng)用于航天飛機(jī)外殼隔熱等。

作為外墻外保溫隔熱材料，泡沫陶瓷保溫板是以陶土尾礦、陶瓷碎片、爐渣等作為主要原材料，用發(fā)泡技術(shù)高溫焙燒形成多孔、熱傳導(dǎo)率低、耐高溫、耐候性、不燃的閉孔陶瓷保溫材料。泡沫陶瓷板外墻外保溫系統(tǒng)由粘結(jié)砂漿、泡沫陶瓷板、抹面砂漿、增強(qiáng)網(wǎng)、錨栓、墻面涂料構(gòu)成。

目前我國外墻保溫發(fā)展很快，是節(jié)能工作的重點(diǎn)。泡沫陶瓷作為一種新型外墻外保溫材料，具有熱傳導(dǎo)率低、不燃、防火、耐久性好、與建筑同壽命、與水泥砂漿、混凝土等相容性好、吸水率低、耐候性好、質(zhì)量通病少等優(yōu)異的綜合性能，并且能夠消化利用大量固體廢棄物，是真正的綠色節(jié)能新材料。隨著其生產(chǎn)成本進(jìn)一步降低以及保溫性能的進(jìn)一步提升，有望大規(guī)模應(yīng)用于建筑外墻外保溫板、防火隔離帶、隔墻條板、屋面防水保溫板、自承重自保溫墻體砌塊、隔音消聲板材或砌塊及其他有較高防火隔熱保溫要求的領(lǐng)域[8]。

在科技高速發(fā)展的今天，建筑節(jié)能環(huán)保材料進(jìn)入了更快的發(fā)展階段，泡沫陶瓷外墻保溫體系滿足國家關(guān)于建筑節(jié)能工程的有關(guān)要求，符合環(huán)境保護(hù)的相關(guān)政策，有利于推進(jìn)可再生能源與建筑結(jié)合配套技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用，符合國家能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的政策方向，如進(jìn)一步推廣應(yīng)用則其經(jīng)濟(jì)效益、社會效益(包括環(huán)保效益、節(jié)能效益)將更加顯著，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.3 汽車尾氣凈化處理器催化劑載體

汽車尾氣排放是我國環(huán)境污染的主要來源之一。由于泡沫陶瓷具有比表面積高、熱穩(wěn)定性好、不易中毒，被廣泛應(yīng)用于汽車尾氣催化凈化器載體。當(dāng)泡沫陶瓷濾芯積滿碳粒時，可以采用催化氧化法或電控燃燒法再生，延長使用壽命。

泡沫陶瓷具有良好的吸附能力和活性。被覆催化劑后，反應(yīng)流體通過泡沫陶瓷孔道，將大大提高轉(zhuǎn)化效率和反應(yīng)速率。由于泡沫陶瓷具有比表面積高、熱穩(wěn)定性好、耐磨、不易中毒、低密度等特點(diǎn)，作為汽車尾氣催化凈化器載體已被廣泛使用。將泡沫陶瓷汽車尾氣催化器安裝在汽油車排氣管中，可以使汽油車排出的CO、NO有害氣體轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、N2，轉(zhuǎn)化率可達(dá)90% 以上；用在柴油車上，碳粒凈化率在50% 以上。除了作催化劑載體外，它還可以作為其它功能性載體，例如藥劑載體、微晶載體、氣體儲存等。

3.4 燃燒器

泡沫陶瓷材料近年來的又一個用途是作為多孔介質(zhì)燃燒器。因其通過陶瓷材料提供的良好熱交換降低了火焰溫度，故在惰性多孔陶瓷表面內(nèi)或在接近多孔陶瓷表面處進(jìn)行各種燃料的預(yù)混合燃燒，從而節(jié)省了能量，并顯著降低了COX和NOX排放。

3.5 吸聲材料

泡沫陶瓷具有大量三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的孔隙。聲波傳入多孔體內(nèi)部后，引起孔隙中的空氣產(chǎn)生振動并使陶瓷筋絡(luò)發(fā)生摩擦。由于粘滯作用，聲波轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷?，從而達(dá)到吸收聲音的效果。

目前有研究正在把泡沫陶瓷作為一種降音隔聲屏障用于地鐵、隧道、影院等。美國、日本、德國和澳大利亞等發(fā)達(dá)國家采用泡沫陶瓷修建的高架橋和高速公路的消聲隔音屏障, 取得了非常好的降噪效果。泡沫陶瓷適宜在高溫、潮濕的環(huán)境下使用，能經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋和水浸，具有比較穩(wěn)定的力學(xué)性能和良好的吸聲性能。

隨著噪聲污染的加劇和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，吸聲材料將會得到快速發(fā)展，探索和采用新工藝來拓寬泡沫陶瓷的吸聲頻帶、提升吸聲性能仍將是研究熱點(diǎn)，同時研究人員還需要加強(qiáng)在吸聲泡沫陶瓷的應(yīng)用技術(shù)方面的研究，提高其產(chǎn)業(yè)化水平。除此之外，目前吸聲泡沫陶瓷在應(yīng)用中功能較單一，未來還可以向功能復(fù)合材料方面發(fā)展，如利用吸聲泡沫陶瓷比表面積大的特性，在制備過程中摻入光觸媒，賦予其殺菌、有毒有害氣體分解或空氣凈化功能，提升吸聲泡沫陶瓷的環(huán)保附加價值[9]。

3.6 生物材料

目前很多科研單位正致力于多孔羥基磷灰石生物陶瓷材料的研究。用添加造孔劑和制備泡沫陶瓷的方法研制多孔羥基磷灰石生物陶瓷，其相互連通的孔隙有利于組織液的微循環(huán), 促進(jìn)細(xì)胞的滲入和生長。研制出的泡沫陶瓷羥基磷灰石人工骨和義眼已經(jīng)用于臨床實驗，引起了醫(yī)學(xué)界和材料學(xué)界的關(guān)注。國外利用泡沫生物陶瓷修復(fù)頭蓋骨、大腿骨、脊椎骨、人造齒根等臨床實驗均已獲成功[10]。

3.7 用作特種材料

有敏感功能的泡沫陶瓷被用作傳感器；納米結(jié)構(gòu)的泡沫陶瓷經(jīng)加工制備新型材料；泡沫陶瓷還可做成光觸媒載體，在泡沫陶瓷載體上涂覆納米二氧化鐵，受紫外線激發(fā)，具有強(qiáng)烈的光催化氧化降解特性，可催化降解有機(jī)物和微生物，從而凈化空氣等[11]。

利用電滲透現(xiàn)象，可作為電解法生產(chǎn)雙氧水的隔膜，提高電池壽命。應(yīng)用泡沫陶瓷作一次電池、二次電池、堿性電池、熔鹽電池和嫩料電池的隔膜，可以明顯提高電池的壽命。用微孔陶瓷可制作土壤鹽分、水分測量傳感器。利用泡沫陶瓷均勻分布的氣孔，對氣焊時回火的氧-乙炔混合可燃?xì)怏w有阻燃止火作用，可作阻燃止火器。還可根據(jù)氣孔對高速高能噪音阻滯、耗損作用制成泡沫陶瓷消聲器。除了上述用途之外，泡沫陶瓷還可以做成傳感器、微孔膜、化工塔填料、布?xì)獠牧稀⒚簹庠罟?jié)能燃燒板等[12]。

3.8 傳統(tǒng)應(yīng)用過濾器

最早的泡沫陶瓷過濾器是1978 年美國Consolidated Aluminum 公司的R R Mollard和N Davison研制成功的鋁合金用泡沫陶瓷過濾器, 其商品名為Selee/Al 。1984 年又研制出了用于過濾黑色金屬的泡沫陶瓷過濾器Selee/Fe。

日本在鑄造用泡沫陶瓷過濾器的開發(fā)和應(yīng)用方面也發(fā)展較快, 其材質(zhì)有堇青石(2MgO·Al2O3·5SiO2)、莫來石(3Al2O3·2SiO2)、Al2O3、SiC 和Si3N4等。

英國泡沫陶瓷過濾器的研制開發(fā)起步也較早。英國著名的Foseco公司在20世紀(jì)80年代前期就已成功地研制出了過濾有色合金(特別是鋁基和銅基合金)的泡沫陶瓷過濾器(型號為Sivex),及過濾大部分鑄鐵、部分高熔點(diǎn)銅合金的泡沫陶瓷過濾器(型號為Sedex)[13]。

近20年來，經(jīng)過鑄造工業(yè)化程度的提高，泡沫陶瓷過濾器及其在液態(tài)鑄造合金過濾領(lǐng)域的應(yīng)用已得到了長足發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)迄今已有近十條泡沫陶瓷過濾器生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，年生產(chǎn)總量已達(dá)數(shù)百萬片。但據(jù)測算，我國鑄造行業(yè)的潛在年需求量約1億片左右。過濾片的應(yīng)用尤其是泡沫陶瓷過濾片的應(yīng)用，有效地消除了夾雜類缺陷、減輕氣孔類缺陷傾向，成為現(xiàn)代鑄造生產(chǎn)中生產(chǎn)中高端鑄件的有效手段之一。

用于水源凈化、空氣凈化等方面。并且在各種化工過濾, 特別是熔融體、醫(yī)藥過濾等方面的應(yīng)用以其耐各種腐蝕的優(yōu)點(diǎn)而更為突出。如鋁合金在熔化和形成鑄件過程中，容易吸收氣體和混入非金屬雜物，從而降低鑄件的使用和加工性能。目前研制成功的泡沫陶瓷過濾片為鋁合金的生產(chǎn)提供了一種新型、高效率的過濾器。此外，泡沫陶瓷也用于銅合金、鋼鐵鑄造過濾的過程中。由于鋼鐵合金的密度大、熔點(diǎn)高，要求泡沫陶瓷的高溫強(qiáng)度、軟化溫度以及抗熱沖擊性都要比過濾鋁和銅高。通常選用氧化鋁和碳化硅質(zhì)的泡沫陶瓷過濾片, 濾片網(wǎng)眼尺寸一般為2～3 mm 。

綠色鑄造和升級轉(zhuǎn)型是當(dāng)今鑄造的主旋律，繼續(xù)加大泡沫陶瓷過濾片的推廣應(yīng)用，提高我國鑄件整體內(nèi)在質(zhì)量。不僅要在傳統(tǒng)的砂鑄工藝上推廣泡沫陶瓷過濾技術(shù)，也要在熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、覆砂鐵型、失模鑄造等特種工藝及新工藝上進(jìn)行推廣，除鑄鐵領(lǐng)域，還要進(jìn)一步推廣泡沫陶瓷過濾片在鋁合金、銅合金、鑄鋼及高溫合金等鑄件生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。

4 結(jié)語

泡沫陶瓷作為一種新興陶瓷種類，以其較低的制造成本、操作簡單的制備工藝、良好的機(jī)械性能受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，國際上很多國家都加入到泡沫陶瓷的研制中。我國與國外泡沫陶瓷產(chǎn)品相比還存在著一定的差距，有不少問題需要進(jìn)一步解決。隨著各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ε菽沾尚枨罅康牟粩鄶U(kuò)大，特別是本世紀(jì)發(fā)展生物技術(shù)和改善環(huán)境的呼聲不斷高漲，泡沫陶瓷材料將會得到飛速發(fā)展。