多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)性能與研究進展

郝卓雅?張鈺?柴華?劉濤?王長輝

摘 要：多孔陶瓷在當前新產(chǎn)業(yè)時代背景下，被廣泛地應用于多個科學領域，在推動產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的同時，在環(huán)境保護方面的價值也得到了最大化發(fā)揮，故而本文主要基于多孔陶瓷結(jié)構(gòu)性能，對其制備工藝和應用范疇進行了全面探析，以此為國家可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)奠定良好基礎。

關(guān)鍵詞：多孔陶瓷;結(jié)構(gòu)性能;制備和應用

引言：

隨著社會主義市場經(jīng)濟的不斷發(fā)展和科學技術(shù)的不斷進步，多孔陶瓷取代傳統(tǒng)陶瓷被廣泛地應用于各個領域，自十九世紀在細菌過濾初步應用以來，多孔陶瓷因其自身獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能，其制備和應用也由此受到了全球材料科學界的廣泛關(guān)注，為此對其制備工藝和應用范疇進行全面探析是現(xiàn)階段基層產(chǎn)業(yè)機構(gòu)的核心發(fā)展方向。

一、多孔陶瓷結(jié)構(gòu)性能的基本概述

目前來講，陶瓷的多孔性是多孔陶瓷的最大結(jié)構(gòu)特性，而根據(jù)不同的制造工藝，多孔陶瓷的孔結(jié)構(gòu)可分為如下幾種類型，即——直通氣孔、閉氣孔和開氣孔。簡單而言，直通氣孔相互之間未與外界貫通，相互之間也沒有直接連通;閉氣孔是多孔陶瓷中的一種常見結(jié)構(gòu)，與直通氣孔相比，這類陶瓷的氣孔互不相通;至于開氣孔，就目前而言在進行制備過程中，多項工藝的實施其制成的多孔陶瓷結(jié)構(gòu)主要就是開氣孔，這類陶瓷相互之間直線貫通，此外它們也與其外界直接連通。

二、 多孔陶瓷制備工藝的基本概述

（一）陶瓷纖維制備方式概述

在制造多孔陶瓷的過程中，陶瓷纖維制備方式是現(xiàn)階段常用的一種制備工藝。簡單來講，“陶瓷纖維制備”指的是一種通過將特殊的纖維多孔材料編織多孔陶瓷形態(tài)，而后相互架構(gòu)成三維編織孔洞的纖維成型方法。在制備過程中，其主要是利用纖細的紡織結(jié)構(gòu)特征，與其它制備工藝相比，陶瓷纖維在制作過程中，陶瓷的氣孔率、孔徑高度等可完全把控，但與此同時據(jù)調(diào)查氣孔率在一定程度上還受到如下因素的影響，即：多孔陶瓷纖維的編織長度、三維編織性能以及三維編織技術(shù)。

（二）凝膠注模工藝制備方式的概述

在二十世紀末期，美國加州橡樹嶺國家化學實驗室將世界上傳統(tǒng)的陶瓷凝固成型制備技術(shù)與有機高分子造孔劑的化學反應技術(shù)結(jié)合在一起，這是凝膠陶瓷注模制備工藝概念的起源。簡單來講，“凝膠注模工藝”指的是陶瓷原位凝固成型的過程，具體而言就是在進行多孔陶瓷制備過程中，工作人員主要就是利用有機高分子單體或少量非金屬添加劑的化學反應，對陶瓷原位進行凝固成型，從而在獲得具有良好微觀均勻性和一定燒結(jié)強度陶瓷坯體的基礎上，對其進行燒結(jié)干燥處理。這類陶瓷與其它工藝制備陶瓷相比，雖然具有工藝簡單、孔徑完全可控、成本低的優(yōu)勢，但卻也存在干燥和注模在燒結(jié)的過程中氣孔容易發(fā)生坍塌的缺點，因此在進行實際應用過程中，工作人員需結(jié)合制作需求采取對其進行合理應用。

（三）孔梯度制備方法的概述

簡單而言，所謂的“孔梯度陶瓷”其實指的是一種孔徑隨厚度動作有規(guī)律移動的陶瓷，按孔的厚度分布和狀況可將其分為連續(xù)孔梯度陶瓷和階梯狀連續(xù)孔梯度陶瓷。就目前來看，孔梯度多孔陶瓷的設計和制備工藝方法主要包括——致孔劑粉末按梯度均勻排列的浸漬法以及有機前驅(qū)體的浸漬法等。其中致孔劑梯度的排列和制備方法主要是將混有不同粒徑各種致孔劑的陶瓷骨料，按致孔劑的粒徑從大到小的均勻排列順序一層一層的均勻平鋪在陶瓷模具內(nèi)，經(jīng)過特殊壓制工藝成型、干燥和燒成而制得的孔梯度多孔陶瓷;有機前驅(qū)體的浸漬排列法主要是將不同粒度和孔徑的有機骨料和前驅(qū)體，分別均勻地浸入孔梯度陶瓷的漿料中，然后按孔徑從大到小的順序均勻地疊放在一起，經(jīng)干燥或者燒成工藝即可直接得到的孔梯度多孔陶瓷。

三、 多孔陶瓷應用的基本概述

（一）過濾與分離

從某方面而言，隨著人們環(huán)保意識的不斷增強，為有效地緩解當前生態(tài)環(huán)境問題，熔融金屬廢氣、城市工業(yè)生活地下污水和其它工業(yè)廢水在進行排放前，都需對其進行過濾處理，而多孔陶瓷在上述過濾作業(yè)過程中發(fā)揮了重要作用。由板狀和管狀制品組成的多孔陶瓷具有過濾液體面積大、過濾效率高的顯著特點，磁瓦與其它過濾裝置相比，多孔陶瓷本身還具有的耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、機械性能強以及過濾后易于處理和再生等諸多優(yōu)點，故而在當下過濾作業(yè)過程中，多孔陶瓷被廣泛應用于各種熔融金屬的過濾、城市生活地下水和其他工業(yè)生活污水的吸附和處理。

（二）陶瓷傳感器

將氣體或多孔濕敏陶瓷傳感器置于含有氣體或多孔液體的介質(zhì)中時，介質(zhì)電阻中的某些物質(zhì)或成分被氣體或多孔介質(zhì)中的陶瓷電阻吸附或與之發(fā)生反應，導致多孔濕敏陶瓷介質(zhì)電阻的特性發(fā)生變化，利用此變化原理可制成多種氣敏及濕敏介質(zhì)的陶瓷電阻傳感器。氣敏濕敏陶瓷電阻傳感器主要具有耐高溫、耐腐蝕、抗磨損、測試靈敏、準確且制造工藝簡單等主要技術(shù)特點，目前已廣泛地應用于多種介質(zhì)氣體及液體的介質(zhì)和成分檢測。 在汽車領域，陶瓷氧濃度傳感器技術(shù)作為現(xiàn)代汽車電子自動控制系統(tǒng)的重要信息源，已經(jīng)在汽車得到普遍的使用，汽車的電子化和汽車控制自動化的程度越高，對陶瓷傳感器的需求和依賴性就越大。這種利用先進的氣敏多孔復合陶瓷材料技術(shù)制備的智能汽車尾氣排放監(jiān)測氧濃度傳感器，可通過傳感器測定汽車尾氣排放中的氧化物濃度，可用來實時檢測汽車與發(fā)動機的空燃比，達到了節(jié)省汽車燃油，減少CO、NO2等有害化學氣體平均排放量的主要目的，既直觀經(jīng)濟又環(huán)保。

結(jié)束語

總而言之，在當前城市化、工業(yè)化建設進程不斷加快的產(chǎn)業(yè)時代背景下，為從根本上推動產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展，將多孔陶瓷應用到當下多個領域中，從某方面而言不僅能有效保障環(huán)境保護價值的充分發(fā)揮，與此同時在推動產(chǎn)業(yè)進一步發(fā)展中也發(fā)揮了重要作用，但不可否認的是，就目前來看，多孔陶瓷的研究與應用中還存在許多問題，故此加強對多孔陶瓷孔徑尺寸與分布的研究，是現(xiàn)階段推動產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性手段。

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