多孔陶瓷材料的应用及发展方向

多孔陶瓷材料的应用及发展方向摘要：介绍新型材料多孔陶瓷的特性和在诸多领域的应用，以及未来多孔陶瓷的发展方向。

关键词：多孔陶瓷；应用；发展方向引言在全球经济发展的浪潮中，环境与资源是人类遇到的两大难题，人们对节省资源、保护环境的要求越来越高。

多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需求的新材料，它能够提高效率、节约能源，尤其在环境保护方面发挥着越来越大的作用。

多孔陶瓷在各行各业的应用已经越来越普遍地体现出了这两大方面的意义。

可以预计，多孔陶瓷将成为非常有活力、有发展前途的新的经济增长点。

多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。

多孔陶瓷的种类很多，目前研制及生产的所有陶瓷材料几乎均可以通过适当的工艺制成多孔体。

多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，通过材质的选择和工艺的控制，可制成使用于各种腐蚀环境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或其他应力载荷下，多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发生变化；耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多孔陶瓷可过滤熔融钢水和高温气体；具有高度开口、内连的气孔；几何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05~600µm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。

多孔陶瓷的应用1、金属铸造多孔陶瓷在铸造业中的一个非常重要应用就是用作熔融金属过滤器。

陶瓷过滤器净化金属液的机理除了机械和反应过滤外，更重要的是对金属液起“整流”作用，这种作用使得金属液渣包被破坏，同时延长渣上浮时间，从而达到净化金属液的作用。

自从60年代中期多孔陶瓷过滤器首次用于处理铝合金以来，陶瓷材料的发展及浇铸操作技术的提高已使它们的应用扩大到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面，即提高它们的机械性能，降低铸件废品率，提高铸件工艺出品率，延长金属切削加工刀具寿命等。

多孔陶瓷过滤器在钢的连铸中的应用使钢水的洁净度和产量得到提高，不仅降低了非金属夹杂物含量，而且有效地减少了水口堵塞。

近年来，工业发达国家所有的铸件几乎全部采用多孔陶瓷型内过滤浇铸工艺，并把此项工艺作为生产优质铸件的关键技术。

多孔陶瓷在铸造业中的另一个重要应用就是用于制备金属基—网状陶瓷复合材料，这种材料系用铸造方法在预制多孔陶瓷中浇入金属而成。

由于这类材料比普通铸件具有较大的阻尼系数，它将为机械工程解决振动问题提供了一条新的途径。

2、石油化工对于具有连通气孔的多孔陶瓷，当通过流体时，骨架对流体具有很好的接触、搅拌效果以及阻挡大颗粒的作用。

这些特性使得多孔陶瓷在化工生产中具有重要应用，如除臭装置等用的催化剂载体、气体吸收塔、蒸馏塔的填料以及流化床中的过滤器等。

利用多孔陶瓷向液体中吹入反应气体，用吹氧方法培养微生物等。

利用多孔陶瓷制成的酸性溶液电解用隔膜，可以防止电极间生成的物质与电解液相混合，提高电解效率。

3、核电工业从原子能发电厂产生的大量放射性废物中，大部分是可燃物，因此，需要经燃烧使其变为在化学上稳定的灰。

在燃烧过程中,放射性固体颗粒混入高温废气中排除，利用多孔陶瓷可以收集放射性的固体颗粒，进行再燃烧，实现净化处理，这样保管起来既安全又经济。

4、食品加工由于多孔陶瓷过滤液体时，没有溶出物，不会污染食品。

因此，制糖和酿造工业使用预涂层多孔陶瓷过滤器进行最后阶段的精密过滤，进行啤酒、醋、酒的精加工。

用这种方法精密过滤生啤酒时，可省掉加热处理工序，与其它方法相比，啤酒味道更美。

5、能源领域由于高开气孔率多孔陶瓷具有较大的表面积、密度低、热阻大等特性，使得它在能源领域中获得重要应用，如用作固体热转换元件、多孔燃烧器。

将多孔陶瓷换热元件置于燃烧气体通路中，能吸收排气中的热，然后以固体辐射的形式辐射到加热炉一侧，回收余热，可大幅度节能燃烧消耗量。

多孔陶瓷燃烧器具有耐高温、使用寿命长等优点，它不仅节能，而且可以减少NOx的排除物，是近年来发展起来的新型技术，具有十分诱人的应用前景。

6、环保领域多孔陶瓷在环保领域中的一个重要应用就是作为汽车尾气催化净化器，不仅可以收集柴油机排出的黑烟颗粒，还可以将废气中的CO转化为CO2转化为NO2，CnHm转化为H2O和CO2。

此外，它还可以用于高温废气的净化器、污水处理散气装置以及控制噪声的吸声材料等。

7、生物领域网眼型多孔陶瓷与人体的海绵骨具有近乎相同的三维网状结构。

由于这种多孔网状结构能使骨组织长入孔隙中，使种植体与生物体之间产生更为牢靠的固定，所以多孔生物陶瓷材料特别是网眼多孔羟基磷灰石材料将成为非常重要的骨移植材料，并成为当前无机生物材料研究中的热点。

多孔陶瓷发展方向近些年，多孔陶瓷的发展比较迅速，多孔陶瓷的应用也非常广泛。

从专利的申请情况可以看出，多孔陶瓷的应用已经涉及到人类生活和社会发展的各个方面。

虽然目前仍以传统的分离过滤及渗透用、绝热和换热及作为载体应用等为主，但多孔陶瓷跨学科应用的专利也比较多，再就是向尖端科技发展，特别是在航空航天方面的应用也相对较多，这说明多孔陶瓷的技术研究在突破传统的应用领域朝交叉学科和新的应用领域拓总之，从目前多孔陶瓷专利的申请情况可以看出，多孔陶瓷以后的研究方向和实际要突破的技术层次大致可以归纳为以下几个方面：1、在多孔陶瓷材料的分离过滤及渗透应用方面，尤其是随着大端面陶瓷过滤器的工业化推广应用，基于材料密封等技术要求的陶瓷过滤及渗透元件规格尺寸相应增大，故如何采用新的配方工艺和补强增韧的技术来提高其材料的强度和韧性及其它物化性能指标，这是必须深化研究和应尽早成熟化，产业化的必由之路。

例：可通过新的配方工艺制备纳米结构一一微米结构复合多孔陶瓷材料，多孔陶瓷材料因具有微米结构而有较高的硬度，具有纳米结构而有较高韧性。

改变这种复合材料中的纳米结构和微米结构比例，可调节材料的强度与韧性，或通过采用编织陶瓷纤维利用化学气相沉积技术，或制备陶瓷——金属复合材料来制备高强高空隙率的分离及渗透用多孔陶瓷材料。

2、多方位拓宽多孔陶瓷的功能性，可采用复合技术或嫁接技术制备一些多功能性材料。

例：开发和生产具有抗菌和净化功能的微孑L陶瓷材料；采用有机和无机材料复合技术制备电传导膜、生物反应膜等；采用陶瓷膜材料的表面修饰和改性技术，制备大尺寸无缺陷的或具有新功能的陶瓷膜材料，还有必要把高科技的纳米技术引入传感器多孔陶瓷领域，开发出微型化、集成化、智能化、多功能、高附加值的传感器新产品。

随着传感技术、数据处理技术、计算机技术、人工智能等相关技术的发展，多传感器信息融合必将成为未来复杂工业系统的重要技术。

以上领域的研究和开发对扩大多孔陶瓷的应用范围具有重要意义。

3、加强对多孔陶瓷材料应用性能的研究和提升。

例：材料的清洗再生技术、过滤系统的优化技术和集成技术，多孔陶瓷完整膜的无损在线检测技术研究等，提高产业化水平，并延长多孔陶瓷的使用寿命是其必须重点攻克的推广应用和市场化难关。

结束语多孔材料的研究与发展已经受到人们的普遍重视，许多研究在技术上已经成为可能。

随着多孔材料在能源、环保、化学工业方面的应用越来越广泛，对多孔陶瓷的进一步开发、应用和推广将带来很大的经济效益与社会效益。

多孔材料的研究与应用目前还存在的问题主要表现在：材料的脆性；缺乏完整材料的大规模生产系统；缺乏对材料孔结构精确设计与控制的有效手段；缺乏将孔结构与力学性能相联系的有效模型。

对于这些问题，一些有益的前沿性研究已取得明显的效果，与此同时，相关的基础理论研究也在积极进行中。

相信在不久的将来，多孔陶瓷材料应用会更加广泛，对我们生活的影响将更加深远。

参考文献：[1]马文,沈卫平,董红英,顾淑媛.多孔陶瓷的制造工艺及进展.粉末冶金技术,2002,20（6）[2]朱新文,江东亮,谭寿洪.多孔陶瓷的制备、性能及应用：（Ⅱ）多孔陶瓷的结构、性能及应用.陶瓷学报,2003,24(2)[3]鄢春根,徐有华,罗晓宁.我国多孔陶瓷专利分析与发展方向.[4]杨刚宾,蔡序珩,乔冠军,金志浩.多孔陶瓷制备技术及其进展.河南科技大学学报(自然科学版),多孔陶瓷材料是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料、经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的一种多孔性陶瓷材料、具有耐高温，高压、抗酸、碱和有机介质腐蚀，良好的生物惰性、可控的孔结构及高的开口孔隙率、使用寿命长、产品再生性能好等优点，可以适用于各种介质的精密过滤与分离、高压气体排气消音、气体分布及电解隔膜等。

3特点(1)气孔率高。

多孔陶瓷的重要特征是具有中较多的均匀可控的气孔。

气孔有开口气孔和闭口气孔之分，开口气孔具有过滤、吸收、吸附、消除回声等作用，而闭口气孔则有利于阻隔热量、声音以及液体与固体微粒传递。

(2)强度高。

多孔陶瓷材料一般由金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等经过高温煅烧而成，这些材料本身具有较高的强度，煅烧过程中原料颗粒边界部分发生融化而粘结，形成了具有较高强度的陶瓷。

(3)物理和化学性质稳定。

多孔陶瓷材料可以耐酸、碱腐蚀，也能够承受高温、高压，自身洁净状态好，不会造成二次污染，是一种绿色环保的功能材料。

(4)过滤精度高，再生性能好。

用作过滤材料的多孔陶瓷材料具有较窄的孔径分布范围和较高的气孔率与比表面积，被过滤物与陶瓷材料充分接触，其中的悬浮物、胶体物及微生物等污染物质被阻截在过滤介质表面或内部，过滤效果良好。

多孔陶瓷过滤材料经过一段时间的使用后，用气体或者液体进行反冲洗，即可恢复原有的过滤能力。

材质(1)高硅质硅酸盐材料，它主要以硬质瓷渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷颗粒为骨料，具有耐水性、耐酸性，使用温度达700℃。

(2)铝硅酸盐材料，它以耐火粘土熟料、烧矾土、硅线石和合成莫来石颗粒为骨料。

具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1 000℃。

(3)精陶质材料，它以多种粘土熟料颗粒与粘土等混合烧结，得到微孔陶瓷材料。

(4)硅藻土质材料，它主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧结而成。

用于精滤水和酸性介质。

(5)纯炭质材料，它以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等。

(6)刚玉和金刚砂材料，它以不同型号的电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料，具有耐强酸、耐高温的特性(7)堇青石、钛酸铝材料，其特点是热膨胀系数小，因而广泛用于热冲击环境。

添加剂(1)助熔剂陶瓷助熔剂的主要作用是降低烧成温度，增加液相，扩大烧成范围，提高坯体的力学强度和化学稳定性。

常用的助熔剂有长石、珍珠岩、滑石、蛇纹石、硅灰石、石灰石、白云石等。

(2)增塑剂陶瓷增塑剂主要作用是提高陶瓷坯体的整体塑性，保证坯体具有一定的强度，使坯体在烧成前保持原有形状。

常用的增塑剂有粘性土、木节土、球土等。

(3)粘结剂粘结剂是指为了提高坯体的强度或防止粉末偏析而添加到陶瓷坯料中的具有粘结作用的添加剂。