多孔陶瓷材料的应用及发展前景

舒欢

摘要：多孔陶瓷（Porous ceramics）是一种具有开孔孔径的陶瓷材料，且因具有其开口气孔率高的特性，使其获得了耐高温、高压、酸碱腐蚀;良好的生物惰性;优秀的再生性能等优点。被广泛运用于各行各业。本文首先简单叙述了多孔陶瓷本身的特点及性能，之后重点阐述了目前多孔陶瓷在多领域多行业中的运用，最后再叙述了多孔陶瓷在以后的进步方向与应用空间。

关键词：多孔陶瓷;应用前景;无机非金属材料

引言

随着科技水平与经济的不断发展增长，环境与资源对发展不断提出新的要求，许许多多的新材料为顺应这一潮流逐渐被研发制备，并广泛运用于各个领域当中。多孔陶瓷正是其中一员。常见的多孔陶瓷是由氧化铝、堇青石（硅酸盐矿物）、碳化硅等原料制成的，通过许多复杂的成型步骤与高温烧结工艺进行制备。其重要特征是内部拥有许多或连通或独立的气孔。因为多孔陶瓷本身具有出色的物理及化学特性，目前在环保、化工、冶炼、食品、建筑、生物医疗等多个领域都备受追捧。

一、多孔陶瓷的特性

（1）气孔率：多孔陶瓷最大的一个特征就是在内部含有许多的气孔，且这些气孔的大小都是均匀可控的。通过判断其内部气孔是否与外界大气想通，一般可分为开口气孔与闭口气孔。此两种气孔也具不同的特性与各自的优势。开口气孔可以对气体、液体进行过滤，对其中杂质吸收，同时还可以消除回声;而闭口气孔能够阻隔热量、降低声音及固体微粒传播。

（2）强度高：金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等是常见多孔陶瓷的主要原料，较高的强度是这些材料的共有特征。原材料的颗粒在高温煅烧过程中发生熔化，边界处相互粘结，强度更高的多孔陶瓷由此形成。同时，经过大量研究实验表明，多孔陶瓷的强度与其本身气孔率有关，气孔孔径增大或数量增多，都会使材料的抗压强度与弯曲强度下降。

（3）物理与化学性能稳定。多孔陶瓷具有良好的耐酸碱、耐腐蚀性能、在高温高压下也能保证一定的强度，同时自身洁净易回收，不会造成二次污染。

（4）过滤精度高。多孔陶瓷材料因其孔径分布范围较窄，气孔率可控，比表面积较大。被过滤的液体或气体在与多孔陶瓷接触时，其中的悬浮物、絮状物、胶状物与微生物等，皆可以被多孔陶瓷表面或内部的孔状结构阻拦。此外，在长时间使用导致多孔陶瓷过滤能力下降时，可使用特定的气体或液体对多孔陶瓷进行冲洗清洁，就会使其过滤能力有所恢复，再生性极佳。

二、多孔陶瓷的应用

（1）过滤材料。鉴于其内部结构的孔隙特征，板状与管状的多孔陶瓷制品被广泛应用于水的净化、油类的分离过滤。由于其稳定的物理化学特性，也被用于有机溶液、酸碱溶液以及甲烷、乙炔等液体气体的分离。多孔陶瓷材料同时具有过滤效率高和可滤种类多的优点。在腐蚀性流体、高温流体等应用领域，多孔陶瓷风头正盛。

（2）吸音降噪的应用。吸音的原理一般是声波引起的空气压力在遇到消音材料時发生了分散。而多孔陶瓷的孔隙结果恰好可以做到这一点。通过控制孔径大小（20～150μm）与气孔率（60%以上）制成的高强度多孔陶瓷材料，即可满足消音要求。目前，高层建筑、隧道、影院、体育场等对隔音及防火要求高的场所建设中，都可以见到多孔陶瓷的身影。

（3）催化剂的载体。催化剂载体一般需要能增大催化剂与反应物的接触面积，同时不与催化剂或反应物或反应产物产生物理化学变化。而具有多孔结构，比表面积大，且物理化学性质稳定的多孔陶瓷材料恰好符合这一点。

（4）隔热材料。陶瓷本身的导热率就很低，传统陶瓷也常会被用作隔热耐温材料。而多孔陶瓷因内部充满气体，其隔热性能得到了进一步的增强。其密度、热传导系数、体积热容也更小。同时其热阻偏大。目前，传统气炉与高温电炉中已大规模使用多孔陶瓷作为隔热材料，耐温可达1600℃。在航空航天领域，如长征系列、神舟系列火箭上，都可以看到由多孔陶瓷与其他金属隔热材料组成的隔热层。

（5）隔膜材料。多孔陶瓷有用较大的比表面积，能与液体和气体的充分接触，这也意味着它的槽电压相较于无孔隙结构的其他材料要低。因此，电解隔膜材料常常会选用多孔陶瓷，可以起到降低电解槽电压，促进电解效率，节约成本的作用。多孔陶瓷制成的隔膜在各种电池，包括新型电池（光化学电池等）中都可以见到。

（6）作为传感元件。在介质中放入微孔陶瓷，其中的气体或液体会被多孔结构所吸附或与其中携带的物质产生反应，这样一来，微孔陶瓷的电阻将发生变化，这意味着其电信号也发生了改变。根据电信号的变化可以感知出介质成分或变化情况。多孔陶瓷作为传感元件具有耐高温、耐酸碱、制造简单、测试精准度高等优点。

（7）生物材料。有多孔陶瓷为原料制造的生物植入体，在保证无毒副作用的同时，还具有更好的生物相容性，物理化学性能更加稳定，更不易产生排异反应。在临床医疗领域，多孔生物陶瓷在手术结束后的空腔恢复、血管生成、骨质修复等方面都发挥着重大作用。同时，其内部的多孔空间也可以用来搭载药物，方便实现长期持续的治疗方案。

三、多孔陶瓷的发展前景

未来，由于经济发展与科技发展的必然趋势，越来越多的新兴材料将克服其制备困难，成本偏高的缺点，充分发挥着其独有的优势特点走进各行各业与人们的生活。多孔陶瓷在保留着陶瓷本身特点的同时，以其内部多孔性特征，在新材料领域有了一席之地，并逐渐成为各个领域的宠儿。

如今，许多高精尖行业也开始认识到多孔陶瓷的优越性并将其投入使用。比如，在天线罩制造领域中，国内对多孔陶瓷的开发已取得重要突破。

不仅如此，传统行业也对多孔陶瓷进行了深入研究与应用：在矿石冶金领域的推广使用;在新能源制备中的重要作用。总而言之，新应用领域的不断过大，传统应用领域的不断深化，这都彰显着多孔陶瓷无比巨大的发展前景。

结束语

时代在进步，科技在发展，传统领域想在新时代发光发热，做出贡献，就必须紧跟潮流，开拓创新。陶瓷作为传统无机非金属领域中的一员，其应用历史与研究成果都十分丰富。而多孔陶瓷，正是其创新发展，焕发新生的代表。新技术新设备的出现也使得多孔陶瓷的制备手段更加多种多样，更加高效环保。进一步的研究、普及、应用多孔陶瓷，毫无疑问能够获得巨大的经济效益与社会效益。

参考文献

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