仿生多孔陶瓷材料的制备工艺方法分析

孔陶瓷的性能,笔者 选 择 了 一 家 专 业 生 产 多 孔 陶 瓷 的
企业进行案例研究。
4.
1 案例背景与目的
笔者选择 了 氧 化 铝 (
Al2O3 )作 为 目 标 材 料,并 希
望通过结合模板法和 溶 胶 - 凝 胶 法 的 新 颖 工 艺 方 法,
制备出具有复杂多孔结构的氧化铝陶瓷。目标是实现
需求。以下将重点介绍近年来关于材料选择方面的研
究进展,为 制 备 工 艺 方 法 的 分 析 提 供 有 价 值 的 背 景。
1.
1 多孔陶瓷材料的分类
多孔陶瓷材料通 常 可 以 分 为 氧 化 物 陶 瓷、非 氧 化
具备优异的导电性能和催化活性。
1.
2.
3 制备工艺
材料的制备工艺也会影响材料选择。一些材料可
的应用。此外,制备过 程 中 需 要 控 制 泡 沫 的 稳 定 性 和
凝胶法则能制备出高比表面积的气凝胶。新颖的工艺
陶瓷前体的浸渍均 匀 性。 近 年 来,研 究 者 致 力 于 优 化
方法将这两种方法有 机 结 合,即 在 模 板 的 孔 隙 结 构 中
泡沫法的制备工艺,以提高多孔陶瓷材料的性能。
(陶瓷研究) 2023 年 10 月
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模板法是一种常 用 的 制 备 多 孔 陶 瓷 的 方 法,通 过
件下进行烧结得到多孔陶瓷。气凝胶的高比表面积和
使用模板控制孔隙 结 构。 在 制 备 过 程 中,先 将 陶 瓷 前
低密度使得制备的多孔陶瓷具有优异的孔隙结构和轻
体溶胶浸渍到模板孔 隙 中,随 后 经 过 热 处 理 得 到 多 孔
合,旨在创造更复杂的多孔结构,以克服现有方法的不足并提升性能。通过案例分析,证明 了 这 一 方 法 在 氧 化 铝 陶 瓷 制 备
中的可行性和效果,同时也指出了需要进一步优化的方面。
关键词
多孔陶瓷
制备工艺
模板法
中图分类号:
TQ174.
75 文献标识码:
A
溶胶 - 凝胶法
文章编号:
1002-2872(
备方法,通过溶胶 - 凝胶法制备气凝胶,然后在高温条
3.
2.
3 模板浸渍
的溶胶。
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陶瓷
将预处理好的模 板 放 入 溶 胶 中,确 保 模 板 完 全 浸
没。通过真空抽吸或 超 声 波 辅 助,使 溶 胶 充 分 渗 透 到
结构和层次性需要精 确 的 控 制,这 对 工 艺 技 术 要 求 较
高。研究者在材料选 择、仿 生 结 构 设 计 和 制 备 工 艺 优
化方面进行了不懈努 力,以 实 现 高 质 量 的 生 物 仿 生 多
孔陶瓷材料。
3 新颖工艺方法提出
基于前述对不同 制 备 工 艺 方 法 的 深 入 分 析,笔 者
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陶瓷
(陶瓷研究) 2023 年 10 月
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仿生多孔陶瓷材料的制备工艺方法分析
李
婷
(武汉职业技术学院电信学院
摘
要
*
武汉 430000)
多孔陶瓷材料因其独特的结构和性能在各个领域 展 现 出 广 泛 的 应 用 前 景。 笔 者 通 过 深 入 分 析 多 种 制 备 工 艺 方
2023)
10-0088-04
多孔陶瓷材料因 其 特 殊 的 结 构 和 性 能,在 众 多 领
域中展现出广泛的 应 用 前 景。 然 而,不 同 制 备 方 法 在
1.
2 材料选择的考虑因素
在选择多孔陶瓷材料时,需综合考虑以下因素。
因此,寻求一种新颖的制备工艺方法,以克服传统方法
1.
2.
1 物理化学性质
料进行清洗、干燥,以确保其表面干净、无杂质。
性能。此外,制备过程 中 需 要 充 分 考 虑 糖 胶 的 选 择 和
3.
2.
2 溶胶制备
选择适当的前驱体,如硅醇或金属有机化合物,与
陶瓷前体的相互作用。
2.
5 气凝胶法制备多孔陶瓷
气凝胶法是一种将气凝胶和陶瓷前体相结合的制
适量的水、酸或碱进行混合,经过搅拌、老化,得到均匀
陶瓷材料。
3.
2 新颖工艺方法的步骤
新颖工艺方法的步骤包括以下 6 个关键阶段:
3.
2.
1 模板选择与制备
选择适合的模板 材 料,如 聚 苯 乙 烯 微 球 或 天 然 海
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然而,糖胶法制备多孔陶瓷也存在一些问题。例如,糖
绵,根据所需的孔 径 大 小 和 形 状 进 行 选 择。 将 模 板 材
胶的热分解可能会导 致 材 料 结 构 的 变 化,影 响 最 终 的
法,包括模板法、生物仿生法、泡沫法、糖胶法、气凝胶法以及结合模板法和溶胶 - 凝胶法 的 新 颖 工 艺 方 法。 通 过 比 较 它 们
的优势和限制,揭示了不同方法在多孔 陶 瓷 制 备 中 的 应 用 潜 力。 提 出 的 新 颖 工 艺 方 法 将 模 板 法 和 溶 胶 - 凝 胶 法 有 机 结
应用,拓展了多孔陶瓷材料的应用范围。
3.
4 展望与挑战
尽管新颖工艺方 法 在 理 论 上 具 有 许 多 优 势,但 在
实际应用中仍然面 临 一 些 挑 战。 例 如,如 何 在 制 备 过
程中实现模板孔隙和 气 凝 胶 的 良 好 结 合,如 何 在 模 板
去除过程中保持多孔结构的稳定性等问题需要进一步
4.
2.
3 溶胶制备与浸渍
研究和探索。
4.
3 案例分析与讨论
通过案例分析,可以得出以下结论:
(陶瓷研究) 2023 年 10 月
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4 案例分析
在实际的陶瓷工 业 中,多 孔 陶 瓷 材 料 因 其 独 特 的
孔隙结构和优异的物 理 化 学 性 能,已 被 广 泛 应 用 于 过
滤、催化、传感和生物医学等领域。为了进一步优化多
的多孔陶瓷。然而,模 板 法 制 备 多 孔 陶 瓷 也 存 在 一 些
良好力学性能的多孔陶瓷材料。
问题。首先,模板去除 的 过 程 可 能 会 影 响 材 料 的 孔 隙
2.
6 制备工艺方法比较
结构和力学性能。其 次,模 板 法 在 大 规 模 制 备 时 可 能
会面临工艺复杂性 和 成 本 较 高 的 挑 战。 近 些 年 来,研
质性能。然而,气凝胶 法 制 备 多 孔 陶 瓷 也 面 临 气 凝 胶
陶瓷。这种方法能够 实 现 孔 隙 结 构 的 可 控 性,通 过 调
的制备工艺复杂和后续烧结过程中的收缩问题。需要
整模板的尺寸和形状,可 以 得 到 不 同 孔 径 和 孔 隙 分 布
精细调控气凝胶的合 成 条 件 和 烧 结 参 数,以 获 得 具 有
2.
4 糖胶法制备多孔陶瓷
糖胶法是一种基 于 多 糖 的 制 备 方 法,通 过 在 糖 胶
中掺入陶瓷前体,然 后 热 处 理 得 到 多 孔 陶 瓷 材 料。 这
种方法的优势在于制 备 过 程 温 和,不 需 要 严 格 的 工 艺
条件,同时能够实现较高的孔隙率和良好的孔隙分布。
进行溶胶 - 凝胶法制 备,以 获 得 更 复 杂 和 精 细 的 多 孔
模板的孔隙中。
3.
2.
4 凝胶化过程
将浸渍后的模板 放 置 在 恒 温 恒 湿 的 环 境 中,使 溶
胶逐渐凝固,形成凝胶。
3.
2.
5 热处理
将得到的凝胶进 行 干 燥 处 理,去 除 其 中 的 水 分 和
有机物。随后 在 高 温 下 进 行 煅 烧,使 材 料 固 化、致 密
化,形成多孔陶瓷材料。
材料的物理化学 性 质 直 接 影 响 最 终 材 料 的 性 能。
的缺点并实现更好的 性 能 和 应 用 效 果,成 为 了 当 前 多
例如,氧化铝具有良好的绝缘性和高熔点,适用于电子
孔陶瓷领域的重要研究方向之一。笔者旨在深入分析
器件隔离层的制备。而氮化硅则具有较低的热膨胀系
不同的多孔陶瓷制备工艺方法。通过对这些方法的优
能需要复杂的制备过 程,而 另 一 些 材 料 可 能 更 易 于 制
备。在选择材料时,需 考 虑 制 备 工 艺 的 可 行 性 和 成 本
效益。
2 制备工艺方法
物陶瓷以及复合 陶 瓷 等 几 类。 氧 化 物 陶 瓷 如 氧 化 铝、
多孔陶瓷材料的制备工艺方法直接影响其孔隙结
氧化锆等具有较高的 热 稳 定 性 和 化 学 稳 定 性,适 用 于
高比表面积、优异的力学性能和多孔结构的可控性。
4.
2 实验步骤和结果
4.
2.
1 材料选择与前处理
该企业选择了高 纯 度 的 氧 化 铝 为 主 要 原 料,通 过
湿法球磨和超声分散技术,得到了均匀的氧化铝浆料。
4.
2.
2 模板制备
采用天然海绵作 为 模 板,通 过 化 学 处 理 去 除 有 机
物,得到纯净的无机骨架。
以避免对人体产生 不 良 影 响。 而 在 能 源 领 域,材 料 应
1 仿生多孔陶瓷材料选择研究
在制备仿生多孔 陶 瓷 材 料 时,材 料 的 选 择 对 最 终
材料的性能和应用 至 关 重 要。 近 年 来,研 究 者 对 不 同
类型的陶瓷材料进行 了 广 泛 研 究,以 满 足 不 同 领 域 的
表 1 不同制备方法的优缺点对比
制备方法
优点
缺点
模板法
孔隙结构可控
模板去除困难
2.
2 生物仿生法制备多孔陶瓷
生物仿生法通过 模 仿 生 物 体 的 结 构 特 点,制 备 多
生物仿生法
高强度和韧性
制备工艺复杂
泡沫法
均匀孔隙结构
孔隙率相对较低
孔陶瓷材料。例如,贝 壳 的 层 次 结 构 启 发 了 制 备 层 次
糖胶法
高孔隙率和孔隙分布
糖胶热分解影响
高比表面积
制备工艺复杂,
和轻质性能
烧结收缩
究者通过改进模板的 材 料 和 制 备 方 法,努 力 克 服 这 些
问题。
多孔陶瓷的方法。这种方法在提高材料的力学性能和
韧性方面表现出色。 然 而,生 物 仿 生 法 制 备 多 孔 陶 瓷
气凝胶法
也存在制备工艺复 杂、工 程 难 度 大 的 问 题。 材 料 的 微
3.
2.
6 模板去除
通过高温焙烧或化学腐蚀的方法,去除模板,得到
具有所需孔结构的多孔陶瓷材料。
3.
3 新颖工艺方法的优势
结合了模板法和溶胶 - 凝胶法的新颖工艺方法具
有以下优势:
(
1)多孔结构 的 精 细 调 控。 模 板 法 能 够 实 现 多 孔
结构的可控性,而溶胶 - 凝 胶 法 能 制 备 高 比 表 面 积 的
数,可用于高温应用领域。
势、挑战以及案例分析的探讨,为多孔陶瓷材料的制备
提供新的思路和方法,为 多 领 域 应 用 的 需 求 提 供 更 优
1.
2.
2 应用需求
不同领域对 多 孔 陶 瓷 材 料 的 要 求 不 同。例 如,在
质的材料选择。
生物医学领域,材料应具备生物相容性和生物降解性,
多孔陶瓷的性能和 应 用 方 面 仍 然 存 在 一 定 的 局 限 性。
颖工艺方法进行详细探讨。
结构和较好的力学 性 能。 然 而,泡 沫 法 制 备 多 孔 陶 瓷
的孔隙率相对较低,可 能 不 适 用 于 某 些 高 孔 隙 率 要 求
艺,旨在克服现有方法的局限性,并在多孔陶瓷材料的
3.
1 结合模板法和溶胶 - 凝胶法的优势
模板法在控制孔 隙 结 构 方 面 具 有 优 势,而 溶 胶 -
热器件中具有广泛应用。复合陶瓷则结合了不同陶瓷
法。以下将对这几种制备工艺方法进行深入分析。
材料的优点,拓展了材料的应用领域。
2.
1 模板法制备多孔陶瓷
李婷(
* 作者简介:
1981- ),硕士研究生,讲师;研究方向为电子信息工程。
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陶瓷
2.
3 泡沫法制备多孔陶瓷
泡沫法是一种简 单 有 效 的 制 备 多 孔 陶 瓷 的 方 法,
提出了一种结合模板法和溶胶 - 凝胶法的新颖制备工
通过在泡沫中添加陶 瓷 前 体,然 后 高 温 烧 结 得 到 多 孔
制备中取得更好的性能和应用效果。以下将对这一新
陶瓷材料。这种方法制备的多孔陶瓷具有均匀的孔隙
气凝胶,结合后能够实现更精细和复杂的多孔结构。
(
2)材料性能 的 提 升。 气 凝 胶 的 高 比 表 面 积 和 模
板法的孔隙结构控制 相 结 合,能 够 在 提 高 材 料 表 面 积
的同时保持良好的力学性能。
(
3)应用拓展 性。 新 颖 工 艺 方 法 不 仅 适 用 于 传 统
陶瓷材料,还可以尝 试 在 复 合 陶 瓷 等 多 种 材 料 体 系 中
构、力学性能和应用性能。近年来,研究者在多孔陶瓷
高温环境下的应用。 非 氧 化 物 陶 瓷 如 碳 化 硅、氮 化 硅
的制备工艺上进行了深入研究,提出了多种创新方法,
等则具有优异的耐磨 性 和 导 热 性 能,在 摩 擦 材 料 和 导
包括模板法、生物仿 生 法、泡 沫 法、糖 胶 法 以 及 气 凝 胶