摘 要：多孔碳化硅陶瓷的耐磨性、高溫強度、抗熱震性以及耐腐蝕性與傳統(tǒng)陶瓷相比有著明顯的優(yōu)勢，因此引起了廣泛的關注。隨著現代科技的不斷發(fā)展，此類材料廣泛應用于過濾分離、環(huán)境保護、吸聲降噪、航空航天、生物醫(yī)學和能源化工等各個領域。本文結合筆者工作經驗，對比多孔碳化硅陶瓷傳統(tǒng)制備和現代制備工藝，對相關制備工藝作出展望。

關鍵詞：碳化硅；多孔陶瓷；制備工藝；

中圖分類號： TM281+.1 文獻標識碼：A 文章編號：

一、傳統(tǒng)工藝制備

（一）有機泡沫浸漬法應用

該項制備工藝以有機泡沫為骨架，完成浸漿、干燥工序后，經過高溫燒制完成。有機物在陶瓷燒制的過程中揮發(fā)，留下網絡結構的陶瓷體。這項工藝的特殊之處在于制備好的漿料能夠均勻地覆蓋在開孔三維網狀骨架機構的有泡沫體上，經過干燥燒制后，有機泡沫層消失，留下網眼型的孔隙。設備少、工藝過程簡單、成本低是該項制備工藝的優(yōu)點。這種工藝燒制出來的陶瓷孔隙度高且氣孔之間相互貫通，工業(yè)化生產應用廣泛。水基漿料的應用既滿足了現代環(huán)保制作要求，同時也降低了制作成本。

但這種制造工藝也存在一定缺陷，由于水基漿料和有機泡沫材料的兼容性不夠，制品強度無法保證。要想改善碳化硅泡沫陶瓷的力學性能，減少掛漿陶瓷胚體在加工過程中出現涂蓋不均和孔筋裸露的現象發(fā)生，可以通過液相滲硅、增加掛漿量或改進燒成工藝實現。掛漿量的增加可以在陶瓷漿料中添加粘結劑、分散劑、流變劑、漿料表面活性劑等一系列添加劑來增加有機泡沫的粘附性能。

（二）造孔劑添加法應用

這種工藝在陶瓷配料中加入造孔劑，造孔劑占據胚體孔隙中占據一定空間，燒結工序完成后，造孔劑脫離胚體，原先占據的空間形成氣孔，為碳化硅泡沫陶瓷的制備做好準備。這項工藝的優(yōu)點在于，通過溫度和時間的改變可控制調整產品的強度和空隙率。普通工藝燒制時，燒成溫度過高時，形成液增多，閉口氣孔增加，孔隙率過低，達不到要求；燒制溫度過低時，液相量減小，產品強度無法滿足要求。造孔劑添加法的應用則可以避免這些現象的發(fā)生，孔隙率也控制在50%以下。這種制造工藝的缺點有：1、對造孔劑分散性要求較高；2、產品的氣孔率不高；3、孔徑大小、分布控制效果較差。

造孔劑主要有無機和有機兩種，無機造孔劑主要是各種銨鹽，或是可以在高溫下分解的鹽類。有機造孔劑則主要是天然纖維、高分子聚合物以及有機酸等，像尿素、聚苯乙烯和聚丙烯醇等。其中，淀粉是常用的有機造孔劑。通過燒制實驗結果可知，淀粉量越大，碳化硅多孔陶瓷的強度和密度越小，氣孔直徑越大，氣孔率增大。造孔添加劑分量的多少對產品物組組成基本不造成影響。

二、先進工藝制備

（一）流延成型工藝應用

陶瓷泥漿在刮刀的作用下，可在平面延展呈片狀，再對其陶瓷坯體塑性的方法稱之為流延成型工藝。通過粘結劑、增塑劑、懸浮劑以及溶劑添加混合構成水溶液或污水溶液，原先細分散的陶瓷粉料懸浮狀變?yōu)榭闪鲃忧铱伤苄詮姷牧蠞{。流經經過刮刀，料漿在流延機運輸帶上直接形成薄層坯帶。坯帶流動的過程中，溶劑逐漸揮發(fā)，固定微粒聚集，形成質地密致且柔軟的坯帶，經過沖壓處理后，形成固定形狀的坯體。流延成型工藝與傳統(tǒng)制備工藝相比較而言，具有投入費用小、設備簡單、生產效率高等優(yōu)點。

（二）化學氣相滲透工藝應用

化學氣相沉積是該項工藝的技術原理，基底物質（碳基底居多）與沉積物發(fā)生化學反應，經過燒制后制備成多孔陶瓷材料。以化學氣相沉積工藝為基礎，在經過一系列的實驗、改進，再研究出化學氣相滲透制備工藝。通過近幾十年的發(fā)展，化學氣相淀積已廣泛應用于新晶體研制、物質提純、多種玻璃態(tài)或單、多晶體無機薄膜材料淀積等行業(yè)。該項工藝有產品孔隙度、密度可調控；低密度、高強度且形狀復雜多孔碳化硅陶瓷制備的優(yōu)點。產品密度可控制在1.3g/cm3，孔隙度則可達到65%到80%，這類低密度高孔隙率的產品是傳統(tǒng)工藝制備很難生產出來的。

（三）冷凍干燥工藝應用

定向冷凍干燥工藝可以制備微觀形貌精細、外形復雜的多孔陶瓷材料，屬于濕法成型工藝的一種。通過控制有機溶劑或水在一定方向上凍結形成排列整齊的溶液晶體，再在低壓狀態(tài)下干燥升華為游模板或冰，最后通過高溫燒結，得到多孔陶瓷成品。成本費用少、孔道結構精確可調、適用范圍廣泛、力學性能較佳是該制備工藝的優(yōu)點。但我國的機械設備和制備技術相對于發(fā)達國家而言還是處于之后狀態(tài)，因此該項技術應用的發(fā)展或多或少受到了限制。

三、未來展望及總結

多孔碳化硅陶瓷由于具備優(yōu)越的耐磨性、高溫強度、抗熱震性以及耐腐蝕性而受到了各大制造行業(yè)的廣泛關注，已有多種領域離不開這一新型材料的應用。而傳統(tǒng)碳化硅泡沫陶瓷制備技術用時長、工藝復雜、產品雜質占比大、燒結溫度高、成品性能不穩(wěn)定等因素制約了該項材料的應用發(fā)展。相比之下，新型碳化硅泡沫陶瓷的制備有著產品性能穩(wěn)定、工藝要求簡單等優(yōu)點，燒結過程中仍需要較高溫度。工藝發(fā)展的過程中，還存在像孔徑大小、形狀及分布控制困難、制備納米級微孔碳化硅陶瓷標準無法達到、生產成本費用較高等亟待解決的問題。就當前形勢來看，我們應該將重點放在孔徑大小控制、孔徑分布控制、低溫燒制三個方面作出研究，從而實現生產成本降低、生產工藝簡化、生產質量提高的生產目標，樹立規(guī)模化、產業(yè)化的發(fā)展目標，進而全面推動陶瓷行業(yè)的蓬勃發(fā)展。

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