对多孔陶瓷材料的制备及应用的分析和思考

2018-02-16吴芝雄

建筑与装饰 2018年1期

关键词：陶瓷材料气孔成型

吴芝雄

佛山市简一陶瓷有限公司广东清远 511515

多孔陶瓷在化学性质方面具有良好的热稳定性和抗腐蚀性，在物理性质方面又具有较高的机械强度，因为种种优良的性质和特点被广泛地应用到社会的各项生产活动中，比如生物、食品、石油、医药、水泥、环保、矿山和纺织等领域。

1 多孔陶瓷材料的特点

1.1 强度高

通常情况下对金属氧化物、碳化硅和二氧化硅等物质进行高温煅烧后就形成了多孔陶瓷的材料，这些材料的本身就具有超高的强度，原料颗粒在高温煅烧过程中融化后黏结，进而形成了具有高强度的陶瓷。

1.2 汽孔率高

具有较多均匀可控的气孔是多孔陶瓷的重要特征，一般情况下气孔被分为开口气孔和闭口气孔两种，开口气气孔在实际应用中有消除回声、过滤和吸附等作用，闭口气孔则具有传递固体微粒，阻隔液体、声音和热量的功能。

1.3 过滤性强

由于具有较高的气孔率和比表面积，透过多孔材料的过滤物质，其中的胶体物、悬浮物和微生物等污染物就会被阻截下来，具有良好的过滤性能[1]。不仅如此，使用过一段时间后的过滤材料只要结合液体和气体对其进行反复冲洗就能恢复原有的过滤能力，实现持续反复使用。

1.4 性质稳定

物质的稳定主要指物理和化学两个方面，多孔陶瓷材料不仅耐酸、耐碱，还能承受高温高压，并且在各种使用过程中不会因化学反应造成二次污染，属于绿色环保型的功能材料。

2 多孔陶瓷材料的制备工艺

2.1 挤压成型工艺

多孔陶瓷中的挤压成型工艺是依靠模具来进行的，就操作性而言是比较简单的工艺。一般其模具都是蜂窝网状结构，只需将制备好的泥浆灌入模具中，进行成型烧结，便制作成功多孔陶瓷，人们生活中用于净化汽车尾气的蜂窝状陶瓷就是通过这种工艺制备而成的。挤压成型工艺以成型快、操作简单为主要特征，但是由于形式过于单一化，以正方形和三角形为主，无法制作尺寸要求较小的陶瓷材料。

2.2 颗粒堆积工艺

颗粒堆积工艺就是将颗粒和骨料进行相互堆积，由于两种物质的组成成分相似，微细颗粒在高温状态下发生一定的化学变化将骨料与自身进行融合。经这种工艺制备而成的多孔陶瓷成孔均匀，主要因为骨粒颗粒本身较均匀，加之骨料的粒径与孔径大小成正比。运用该种工艺制备多孔陶瓷的过程中要注意添加剂的含量、温度和种类等，这些会对孔的大小和分布情况产生影响。

2.3 发泡工艺

通过向陶瓷组分中添加适量的发泡剂，经过一系列的化学反应形成挥发性气体和泡沫，最后听过干燥处理后，烧制成型为多孔陶瓷材料。这种工艺的优势是容易控制多孔材料的密度和形状，被广泛应用于制备小孔径闭口气孔材料，但是此项工艺对原料的要求比较高，因为制备过程中工艺条件不好控制。

2.4 溶胶—凝胶工艺

气孔分布均匀、纳米级孔径的多孔陶瓷通常都是由溶胶—凝胶工艺制备而成的，该种工艺主要指溶胶中的胶体粒子在凝胶过程中，发生链接作用形成空间网状结构，溶液填满了网状结构的空隙，而这些溶液会在烧制过程中蒸发掉，进而形成诸多小孔。这样制备出来的多孔陶瓷，成孔均匀，主要用于制备不同的组成复合膜[2]。

2.5 升华干燥工艺

升华干燥工艺是成型工艺的一种，主要过程就是将水溶性或者含有硅胶的陶瓷浆料放置于模具中，通过超低温的冻结处理后，脱模升华获得初级胚体。在水基陶瓷料浆凝固过程中，对晶体冰的生长方向进行控制，随后制造低压的空间环境对其进行干燥处理，让冰体升华，最后高温烧制所得生坯。使用该工艺制备多空陶瓷可在材料体内形成规律的定向排列开孔，同时在相邻开孔的壁内还有微孔，在制备过程中可通过调节烧结时间和起始料浆的浓度控制孔的结构。

3 多孔陶瓷材料的应用

3.1 熔融金属过滤材料

由于多孔陶瓷具有抗金属冲刷、过滤面积大、过滤效率高和较强热震稳定性的特点，这些特点正好都符合金属熔体过滤净化技术的要求，因此其被作为一种新型的高效过滤器在生产活动中受到人们的喜爱。多孔陶瓷在这方面的应用范围很广，现在已经扩大到钢铸造工业、熔模精密铸造和工业铸件方面，其能很好地降低铸件的废品率，同时延长金属切削加工刀具的使用寿命。多孔陶瓷被当作过滤器用于净化金属液体，除了能很好地发挥其反应过滤和机械性能以外，还能对金属液起到很好的“整流”效果，通过破坏金属液渣包来延长渣上浮的时间，使金属液达到最大化的净化效果。

3.2 催化剂载体

基于多空陶瓷本身具有超强的吸附性能和表面活性，如果将催化剂置于多孔陶瓷材料上，就能充分的利用其上述特征扩大化学反应的接触面积，大大提高了化学反应的转化率和速率，从而达到增强催化效果的目的。在无机分离催化膜的研究中就充分地结合了多孔陶瓷材料的催化、分离的特性，在社会生产活动中的应用具有很好的经济效益。

3.3 隔音材料

多孔陶瓷能利用本身独有的多孔结构，通过引发空气压力对空间中产生的声波起到分散作用，能有效减弱反射声、降低噪音，同时还能对声场的分布进行调整，通过控制反射声来消除回音，具有很好的吸音功能，被用作隔音材料，在控制噪声改善环境方面发挥着很大的作用

3.4 生物工程材料

在多孔生物陶瓷的研究中发现，其具有很好的生物相容性和稳定的理化性能，加之该陶瓷本身的无毒特征，不会产生副作用而被应用于制作生物材料。多孔生物陶瓷与传统生物陶瓷相比，其在生物体内的应用不会残留任何异物，所以发生感染的概率很低，当其用于修补骨缺损部分时，新的生物组织会慢慢地进入多孔陶瓷密密麻麻的孔隙中，经过一段时间的吸收，多孔生物陶瓷被新生骨质所取代存在于生物体内。