趙婉亦

（湖南省長沙市雅禮中學(xué)，長沙 410007）

多孔陶瓷制備新工藝與進展

趙婉亦

（湖南省長沙市雅禮中學(xué)，長沙 410007）

多孔陶瓷材料是以剛玉砂、碳化硅、堇青石等優(yōu)質(zhì)原料為主料，經(jīng)過成型和特殊高溫?zé)Y(jié)工藝制備的一種具有開孔孔徑、高開口氣孔率的多孔性陶瓷材料，它具有耐高溫、耐高壓、抗酸、抗堿以及抗有機介質(zhì)腐蝕的特性，有著良好的生物惰性。隨著多孔陶瓷工藝應(yīng)用的領(lǐng)域越來越廣泛，將會給整個社會帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

多孔陶瓷；制備；新工藝；進展

多孔陶瓷是近幾年研制出的一種新型陶瓷材料，這種材料的結(jié)構(gòu)是三維立體骨骼結(jié)構(gòu)，它是通過把骨料與增孔劑、黏結(jié)劑相融合，經(jīng)過高溫煅燒煉制而成。因為在燒制過程中會產(chǎn)生很多孔狀結(jié)構(gòu)，所以也被人們稱為微孔陶瓷、泡沫陶瓷。多孔陶瓷因為擁有超強的熱穩(wěn)定性、較低的傳導(dǎo)性和良好的透明性等優(yōu)點，目前已廣泛應(yīng)用在生物化學(xué)、環(huán)境保護、航空航天等領(lǐng)域。近年來隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，多孔陶瓷出現(xiàn)很多新的制備工藝方法。

1　冷凍干燥工藝方法

冷凍干燥法是1813年由英國人Wollaston發(fā)明的制備多孔陶瓷方法。它的工作原理是在低溫環(huán)境下，把干燥的陶瓷原料進行冷凍或凝固，將原料中的水分凝結(jié)成固體冰，然后放到真空環(huán)境中加熱，這樣固態(tài)冰就直接升華為水蒸氣，原料中也就呈現(xiàn)出很多開口的多孔結(jié)構(gòu)，經(jīng)過煅燒就制成了多孔陶瓷。由于這種制備陶瓷的工藝比較獨特，通過這種工藝方法得到的氣孔率高達(dá)90%，并且具有燒制過程控制簡單、坯體燒制收縮性小、孔結(jié)構(gòu)多樣化、制品機械強度高等特點。其中最大的優(yōu)勢就在于該工藝在制備過程中不污染環(huán)境、理化性質(zhì)穩(wěn)定，因此通過冷凍干燥法制備的多孔陶瓷可以作為人體骨組織的替代材料，在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2　組織遺傳制備工藝方法

組織遺傳制備多孔陶瓷工藝就是將竹子、木制品等材質(zhì)中的天然多孔組織結(jié)構(gòu)制備出來的過程。它的工作原理是將植物材質(zhì)放在800℃～1 000℃的溫度下，并通過惰性氣體環(huán)境熱解碳化，得到類似于木質(zhì)結(jié)構(gòu)的碳預(yù)制體，然后把這種碳預(yù)制體作為模板，通過大約1 600℃的煅燒將液態(tài)硅蒸發(fā)成硅蒸氣，并滲透到模板中去，使之與碳結(jié)合最終得到碳化硅多孔陶瓷。組織遺傳制備工藝制作簡單，原料多樣，投資成本相對較低，但由于制品很大程度上取決于所用材料的組織結(jié)構(gòu)，因此能自主設(shè)計的可能性比較低，相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率也比較低。

3　放電等離子燒結(jié)工藝方法

放電等離子燒結(jié)工藝就是進行燒結(jié)，通過顆粒之間的放電產(chǎn)生高達(dá)10 000℃的高溫，使顆粒表面蒸發(fā)并熔化形成頸部，隨后迅速散熱使頸部快速放熱冷卻而使氣壓降低。顆粒在連續(xù)的脈沖電流和壓力作用下不斷擴散，在一系列過程中燒結(jié)密度不斷加強，因此在低溫環(huán)境下就能燒制出品質(zhì)較高的陶瓷燒結(jié)體，而且此過程耗能非常低。放電等離子燒結(jié)工藝因為與熱壓、電阻加熱和等離子活化等工藝相結(jié)合，具有升溫快速、可控性強、節(jié)能環(huán)保等特點，這種工藝能使燒結(jié)的時間縮短，制備出來的材料性能優(yōu)越、組織比較緊密，因此有望成為航空航天、節(jié)能隔熱等領(lǐng)域的超級絕熱材料。但是這種工藝也存在一定缺陷，比如樣品結(jié)構(gòu)單一、原材料損耗嚴(yán)重等，所以該工藝有待進一步改進。

4　離子交換工藝方法

十八烷基三甲基溴化銨在水中與硅酸納晶體混合，銨鹽陽離子自發(fā)和硅酸鹽的陽離子實現(xiàn)交換，因為鹽離子體積比較大，當(dāng)銨鹽離子進入硅酸鹽中，就會使硅酸鹽的片層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形狀的改變，并發(fā)生縮聚反應(yīng)，把有機物包圍在硅酸鹽的片層中，然后經(jīng)過高溫?zé)?，多孔陶瓷結(jié)構(gòu)就制作完成了。通過離子交換工藝制備出來的多孔材料，其表面積和穩(wěn)定性有待進一步研究，但在催化及吸附方面的發(fā)展前景確實很好。

6　結(jié)語

近年來隨著陶瓷制備工藝的日益完善，多孔陶瓷

［1］ 朱新文，江東亮，譚壽洪.多孔陶瓷的制備、性能及應(yīng)用：（Ⅰ）多孔陶瓷的制造工藝［J］.陶瓷學(xué)報，2013，（01）：69-70.

［2］ 黎陽，張誠，李仕勇.聚碳硅烷黏結(jié)法低溫制備碳化硅多孔陶瓷［J］.中國陶瓷，2012，（05）：194-195.

TQ174.75

A

1674-8646（2015）12-0099-02

2015-09-19工藝能應(yīng)用到的領(lǐng)域也越來越多，為整個社會帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但這些新的制備工藝由于成本較高、工藝流程復(fù)雜，僅停留在研究試驗階段，供高?；蚩蒲袡C構(gòu)初步探索使用。而在航空航天、醫(yī)藥醫(yī)學(xué)以及武器裝備等領(lǐng)域，對多孔陶瓷材料的需求量卻逐年增加，對其性能的要求也在日益提高。為了克服這些弊端，多孔陶瓷今后研究和發(fā)展的方向主要有以下幾方面：第一，多孔陶瓷在新能源方面的應(yīng)用，例如研制儲氫材料、多孔電極在燃料電池的應(yīng)用等。第二，吸收材料在凈化環(huán)境中的應(yīng)用。第三，耐高溫高壓多孔陶瓷的制備與開發(fā)。第四，納米級多孔材料的開發(fā)與應(yīng)用。第五，生產(chǎn)成本的降低和產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展。我國在注重環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，應(yīng)該加大對多孔陶瓷材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用，使其為社會的發(fā)展提供便利。