多孔陶瓷材料

多孔陶瓷材料

多孔陶瓷 (porous ceramics) 是一種新型的陶瓷材料，是指含大量開(kāi)口貫通氣孔的陶瓷體。由于具有均勻分布的微孔或孔洞，孔隙率較高，體積密度小，具有發(fā)達(dá)的比表面及獨(dú)特的物理表面特性，對(duì)液體和氣體介質(zhì)有選擇的透過(guò)性、能量吸收或阻尼特性，加之陶瓷材料特有的耐高溫、耐腐蝕、高的化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性，使多孔陶瓷這一綠色材料可以在氣體、液體過(guò)濾，凈化分離，化工催化載體，吸聲減震，高級(jí)保溫材料，生物植入材料，特種墻體材料和傳感器材料等多方面得到廣泛的應(yīng)用。

多孔陶瓷的制備方法有擠出成型工藝、機(jī)泡沫浸漬工藝、發(fā)泡工藝、添加造孔劑工藝、溶膠-凝膠工藝等。

擠出成型工藝是制造多孔陶瓷采用最多的方法之一。它的工藝流程為:原料合成一混合粉碎一練泥一擠出成型一干燥一燒成一成品。該工藝制成的多孔陶瓷體氣孔尺寸、形狀、孔隙率均勻，適宜大批量生產(chǎn)，但難以制造小孔徑制品是這一工藝的缺點(diǎn)。燒成過(guò)程中擠出成型模具的制造是核心技術(shù)。目前我國(guó)生產(chǎn)使用的蜂窩陶瓷擠出成型模具達(dá)到2580 孔/厘米2的規(guī)格。而國(guó)外已開(kāi)發(fā)出 3870~5800 孔/厘米2的高密度、超薄型蜂窩陶瓷模具。有機(jī)泡沫浸漬工藝是把有機(jī)泡沫浸漬陶瓷粉末料漿，干燥后再經(jīng)高溫除去有機(jī)物，從而制成多孔陶瓷體。由于有機(jī)泡沫體是開(kāi)孔的三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，制備的料漿吸入泡沫體的孔隙中，高溫下有機(jī)泡沫體揮發(fā)形成具有三維網(wǎng)絡(luò)狀通孔的多孔陶瓷。該工藝能夠制造出高強(qiáng)度、高氣孔率的制品，但不能制造小孔徑、閉氣孔制品，而且形狀受限制，密度也不易控制。為了保證制品質(zhì)量，選用的有機(jī)泡沫體的汽化溫度要低于陶瓷體的燒成溫度，而且不會(huì)污染陶瓷體。泡沫必須有一定的親水性和足夠的回彈性，能與陶瓷料漿精密結(jié)合，能夠保證在多余料漿擠出后還能恢復(fù)原來(lái)形狀。

發(fā)泡工藝是在陶瓷坯料中添加一些在高溫下能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生揮發(fā)性氣體的物質(zhì)，這些物質(zhì)可以是有機(jī)物也可以是無(wú)機(jī)物，通稱為發(fā)泡劑。常用的發(fā)泡劑主要有:碳酸鈣、氫氧化鈣、硫酸鋁、雙氧水;硫化物和硫酸鹽混合發(fā)泡劑，親水性的聚氨塑料和陶瓷料漿同時(shí)發(fā)泡劑。發(fā)泡劑和陶瓷坯料均勻混合后，經(jīng)成型、干燥和燒成，高溫下發(fā)泡劑分解揮發(fā)形成氣孔形成氣孔，制成多孔陶瓷。發(fā)泡工藝制造多孔陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是容易控制制品的形狀、成分和密度，特別適合閉氣孔多孔陶瓷材料的制造。缺點(diǎn)是對(duì)原料要求較高，工藝條件不易控制。

添加造孔劑工藝是在陶瓷坯料中引入固態(tài)造孔劑，由于造孔劑在坯體中占有一定的空間，通過(guò)燒成，造孔劑揮發(fā)，從而制成多孔陶瓷。造孔劑顆粒的形狀、大小決定了多孔陶瓷材料氣孔的形狀、大小。造孔劑有有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類，無(wú)機(jī)造孔劑有碳酸鏤、碳酸氫錢、氯化錢以及煤粉、炭粉等;有機(jī)造孔劑有天然纖維、高分子聚合物和有機(jī)酸等。該工藝的成型方法與普通陶瓷的成型方法相同，能夠制造形狀復(fù)雜的及各種氣孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷制品，但材料的氣孔分布均勻性差，氣孔率低。

溶膠-凝膠工藝是制造多孔陶瓷的新工藝，它是利用凝膠化過(guò)程中，膠體粒子堆積和凝膠處理、熱處理時(shí)形成可控多孔結(jié)構(gòu)，用于制造納米級(jí)多孔陶瓷體。例如:利用該工藝制造氧化鋁多孔陶瓷，與其他工藝比較，可進(jìn)一步改善氧化鋁多孔陶瓷的孔徑分布、相變、純度及顯微結(jié)構(gòu)。但該工藝的缺點(diǎn)是制品的形狀受到一定的限制。