多孔陶瓷的研究及应用现状

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1、鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会多孔陶瓷的研究及应用现状王伟韩京增王文杰（山东乾舜矿冶科技股份有限公司）摘要：本文综述了多孔陶瓷材料的传统和新型制备方法，在讨论其性能的基础上介绍了多孔陶瓷在绝热、催化剂载体、吸声方面的应用，并详细介绍了常用多孔材料的研究进展，展望了多孔陶瓷材料的发展前景。关键词：多孔陶瓷制备方法性能应用多孔陶瓷是一种经人工合成的、体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料，具有一定尺寸和数量[1-3]的孔隙结构，通常孔隙度较大，孔隙结构作为有用的结构存在。多孔陶瓷的种类繁多，根据孔径尺寸大小可分为：微孔陶瓷、介孔陶瓷

2、、宏孔陶瓷。根据孔的结构特征可分为网孔型和泡沫型两大类。根据其多面体在空间排列方式不同，可分为蜂窝状多孔陶瓷和泡沫状多孔陶瓷。蜂窝状多孔陶瓷根据单个气孔是否拥有固态孔壁分为开孔多孔陶瓷和闭孔多孔陶瓷。根据孔之间关系可分为闭气孔和开气孔两种。多孔陶瓷材料一般具有以下特性：（1）化学稳定性好；（2）孔道分布较均匀，便于成型、烧结等；（3）耐热性好、耐高温、耐腐蚀、具有高度开口、内连的气孔率；（4）具有均匀透过性、曲折的流程、吸收能量的性能；（5）具有发达的比表面积、良好至极佳抗热冲击性、可控的低阻流体流动；（6）具有低密度、低质量、低的热传导性能；（7）具有良

3、好的机械强度和刚度、室温及变化温度下的高强度。[1-7]1制备方法1.1传统制备方法多孔陶瓷的传统制备方法主要包括添加造孔剂法、挤压成型法、颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法、发泡法等。采用以上五种制备方法制备的多孔陶瓷性能及优缺点的对比，见表1。1.2新型制备方法1.2.1自蔓延高温合成法自蔓延合成反应过程迅速，一般在几秒或几十秒内完成，节省时间，除启动反应所需极少量的能源外，材料合成靠自身反应放出的热量进行，不消耗外部热量，能够大量节省能源。合成反应过程中，原料中的有害杂质能挥发逸出，所得产品纯度易于提高，实用性大，适于制造各类无机材料。1.2.

4、2冷冻干燥法该方法将陶瓷浆料进行冷冻，使溶剂从液相变成固相，在干燥过程中，通过降压使冰直接升华成气相得以排除，同时产生开口多孔结构，经烧结后可制得多孔陶瓷。在冷冻过程中，冰在溶剂的形成方向可实现单向控制，因此可获得气孔呈定向排列的多孔结构。[7]表1多孔陶瓷的传统制备方法比较工艺名称制备方法孔径尺寸孔隙率优点缺点添加造孔加入造孔剂，高温下燃可以制得形状复杂的制气孔率一般低于50%，且10μm-1mm≤50%剂法尽或挥发后留下空隙品，且气孔率和强度可控气孔分布均匀性差泥条通过蜂窝网格结孔形状和孔大小可以精不能获得复杂孔道结构挤压成型法>1mm≤70%构的模具

5、挤出成型确设计和较小孔径颗粒堆积形成空隙，粘颗粒堆积法合剂高温下产生液相0.1-600μm20%-30%工艺简单，制品的强度高气孔率低使颗粒粘结用有机泡沫浸渍陶瓷不能获得小孔径闭气有机泡沫浸开口气孔率较高且气孔浆料，干燥后烧掉有机100μm-5mm70%-90%孔，形状受限且密度难渍法相互贯通，强度高泡沫控制972鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会利用凝胶化过程中胶溶胶-凝胶能制取微孔制品，孔径易生产效率低，制品形状体粒子的堆积，形成可2nm-10nm≤95%法于控制且孔分布均匀受限制控多孔结构加入发泡剂，通过化学气孔率高、强度好，易

6、于对原料和工艺条件要求发泡法10μm-2mm40%-90%反应产生气体挥发获得闭气孔苛刻2结构表征不同多孔材料的用途不同，对其性能的要求有所不同。多孔陶瓷材料的主要性能包括材料的气孔率和[1,8,9]力学性能，另外根据不同的使用条件还要测试材料的渗透性能、隔声性能、热学性能等。表2为多孔陶瓷孔结构表征的常用方法、测试原理和设备，以及适用范围。表2多孔陶瓷孔结构的表征测试测试原理测试设备适用范围方法采用光学显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜、扫描电子显微该法研究100nm以上的大孔显微法透射电子显微镜等对多孔陶瓷进行镜、透射电子显微镜较为有效的手段直接观察通

7、过测定液体充满一给定空隙所需压汞仪测试的最大孔径限于压汞法压汞仪的压力值计算该孔径的大小几百微米以内利用毛细管作用原理测定膜的孔液体排除法测试装置（空气压可以用来表征最大孔径、平液体径，浸润剂表面张力影响所测孔径缩机、样品室、U形管压力计均孔径以及孔径分布等孔结排除法的大小等）构参数依据气体在固体表面的吸附以及不该法最佳测试范围是气体吸附法测试装置（真空发气体同气体压力下气体在毛细管中凝聚0.1-10nm，对于孔径在30nm生系统、气体瓶、样品室、压吸附法的原理来测试材料的比表面积和孔以下的纳米材料，常用气体力计等）尺寸分布吸附法来测定其孔径分布当易凝蒸气

8、与多孔介质接触，相对蒸气压由0增加到1的过程中，在蒸气渗透法测试装