多孔生物陶瓷的研究进展
羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势
羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势羟基磷灰石生物陶瓷是一种新型的重要化学物质，它是一种具有多孔性、抗腐蚀性、耐高温性、较低吸水性能和抗病毒性能等优点的陶瓷材料。
由于其优良的物理性能，近年来，羟基磷灰石生物陶瓷受到了越来越多的关注，它已经成为植物生长、药物吸收、矿物提取、环境污染治理、农业生产等领域的“新星”。
羟基磷灰石生物陶瓷是由磷灰石、硅酸钠和氯化钠等特殊复合材料组成的，它可以实现零能耗制备。
它具有自发排水性，可以提高土壤水分对植物的吸收，实现节水灌溉；它具有良好的抗氧化性，能够有效降低土壤污染；它还具有抗病毒特性，可以有效保护作物免受病毒的侵害。
目前，关于羟基磷灰石生物陶瓷的优点和应用研究仍处于早期阶段，但其有效应用已得到越来越多的认可。
一些国家的学者研究表明，在农业领域中，羟基磷灰石生物陶瓷可以减少种植植物常用农药残留和病害病原体的传播，提高作物生长发育，增加产量。
此外，羟基磷灰石生物陶瓷也用于矿物提取，可以提高矿物萃取比例，提高产量，节省能源；此外，它还可以用于治理环境污染，可以有效降低污染物的排放量，拯救自然环境。
羟基磷灰石生物陶瓷的前景十分可观。
除了上述的优点和应用外，羟基磷灰石生物陶瓷在制造、建筑和航空航天等领域也有重要的应用和发展潜力，且未来可能还有很多更有利可图的应用。
然而，羟基磷灰石生物陶瓷的研究仍处于起步阶段，尚未完全被发掘，存在很多不足。
因此，未来的研究努力应该更多地集中在提高制备工艺和性能改善方面，从而发掘出更多的应用价值。
由于羟基磷灰石生物陶瓷的出现，开启了人类社会的生态安全与经济发展的新纪元，其巨大的应用潜力充分反映了它的重要性和价值，在未来的发展中，有望受到更多的关注和研究。
综上所述，羟基磷灰石生物陶瓷因其优良的物理性能得到了广泛的应用，将有助于解决环境污染、农业生产和节能等问题，但现有的研究仍处于起步阶段，对提高制备工艺和性能改善等方面有待进一步深入研究，以期在未来的发展中受到更多的关注和认可。
2024年多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场发展现状
多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场发展现状概述多孔聚磷酸钙生物陶瓷是一种用于骨组织工程和骨修复的生物材料。
它具有良好的生物相容性和生物活性，能够促进细胞增殖和骨组织再生。
随着人群老龄化程度的提高和骨骼疾病的增加，多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场正处于快速发展阶段。
发展趋势1. 市场规模持续扩大随着人们对健康的关注度增加，多孔聚磷酸钙生物陶瓷的需求不断上升。
其在骨组织工程和骨修复领域具有广泛的应用前景，因此市场规模不断扩大。
2. 技术不断创新随着科技的进步，多孔聚磷酸钙生物陶瓷的制备工艺和性能得到了不断改善。
新技术的引入使得多孔聚磷酸钙生物陶瓷具有更好的力学性能、生物相容性和可降解性，进一步扩大了其市场应用。
3. 应用领域逐步拓展原本多孔聚磷酸钙生物陶瓷主要用于骨组织工程和骨修复，但随着研究的深入，其在其他领域也得到了应用。
例如，多孔聚磷酸钙生物陶瓷在组织修复和再生医学领域的应用逐渐增多，拓展了市场的潜力。
4. 市场竞争加剧多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场的快速发展吸引了越来越多的企业进入该领域，市场竞争日益加剧。
在这样的竞争环境下，企业需要通过技术创新和降低成本来提高市场竞争力。
发展挑战1. 合规要求提升随着多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场的发展，监管部门对其合规性的要求也在提升。
企业需要加强质量控制和符合环境保护法规，以确保产品的质量和安全性。
2. 技术难题待解决尽管多孔聚磷酸钙生物陶瓷的制备工艺和性能已经取得了一定的突破，但仍然存在一些技术难题需要解决。
例如，如何提高多孔结构的均匀性和机械强度，如何实现材料的持久稳定性等。
3. 市场标准化不完善多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场的标准化工作相对滞后，这给市场发展带来了一定的不确定性。
相关部门和企业需要加强合作，制定相关的行业标准，提高市场秩序和产品质量。
总结多孔聚磷酸钙生物陶瓷市场正处于快速发展阶段，市场规模不断扩大。
技术的创新和应用领域的拓展为市场发展提供了机遇，但也面临着合规要求提升、技术难题和市场标准化不完善等挑战。
SiC多孔陶瓷的研究进展
SiC 多孔陶瓷的研究进展章林3 曲选辉 段柏华 何新波(北京科技大学材料科学与工程学院,北京 100083)摘 要: SiC 多孔陶瓷具有耐高温、耐腐蚀、抗热震等优点,在冶金、化工、环保和能源等领域有广阔的应用前景。
本文综合评述了SiC 多孔陶瓷的制备技术及其性能;详细阐述了各种制备方法的原理、主要的影响因素和存在的问题;介绍了三个评估多孔陶瓷性能的模型;最后指出了SiC 多孔陶瓷的发展方向和应用前景。
关键词:碳化硅;多孔陶瓷;制备技术;模型Progress in research on porous silicon carbideZhang Lin ,Q u X u anhui ,Du an Bohu a ,H e Xinbo(School of Materials Science and Engineering ,University of Science and T echnology Beijing ,Beijing 100083,China )Abstract :Porous SiC ceramic has numerous applications such as catalyst supports ,hot -gas or molten -metal filters because of its good thermal -shock resistance ,excellent mechanical and chemical stability at elevated temperature 1The synthesis methods and their properties were introduced 1The principle of the fabrication process ,important factors and the main problems were investigated in detail 1Three kinds of models were introduced to predict the properties of the porous ceramic 1At last ,the research interests in the future were discussed 1K ey w ords :silicon carbide ;porous ceramic ;fabrication ;modelling3章林(1980-),男,博士研究生。
多孔陶瓷的研究及应用现状
该法主要适用于无机超滤复 合膜或非对称膜及改性膜孔
径分布的测定研究
孔径分布利用脱附过程。
3 应用情况[5,6,10,11]
多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而具有热导率低、体积密度小、比表面积高，独特物化性能的表
面结构等优点，加之陶瓷材料本身特有的耐高温、化学稳定性好、强度高等特点，目前已广泛应用于环保、
力计等）
该法最佳测试范围是 0.1-10nm，对于孔径在 30nm 以下的纳米材料，常用气体
吸附法来测定其孔径分布
当易凝蒸气与多孔介质接触，相对
蒸气 渗透法
蒸气压由 0 增加到 1 的过程中，在 介质的表面和孔中依次出现单层吸 附、多层吸附和毛细管冷凝，测定
蒸气渗透法测试装置（气体 瓶、蒸发器、压力表、膜及渗
目前，应用造孔剂成孔法制备多孔氧化铝陶瓷是比较普遍，且制得的多孔陶瓷孔结构好，力学性能相 对来讲也较理想。
在众多造孔剂中，淀粉由于其廉价、无毒、环境友好、易烧蚀等特性，成为使用较为广泛的造孔剂之 一。Živcová Z 等[12]人，利用土豆、小麦、玉米及大米等不同种类的淀粉做造孔剂，制备了多孔氧化铝陶 瓷，并对其热导率进行测试。研究表明，相对热导率与孔隙率满足一定的关系：kr=exp(−1.5ф/(1−ф))， 其中 kr-相对热导率，ф-气孔率。Prabhakaran K 等[13]人，将面粉颗粒作为胶凝剂和造孔剂置于氧化铝浆 料中，将得到的干凝胶经过 1600℃高温烧结，制备出具有 200-800μm 的大孔和小于 20μm 小孔、孔隙率 达到 67–76.7%，压缩强度为 2.01–5.9 MPa 的多孔氧化铝陶瓷。
化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等多个科学领域。
3.1 绝热材料
多孔磷酸三钙生物陶瓷的增强与表面修饰研究的开题报告
多孔磷酸三钙生物陶瓷的增强与表面修饰研究的开
题报告
一、研究背景和意义
多孔磷酸三钙生物陶瓷是一种生物医学材料，具有良好的生物相容性、生物活性和骨再生性。
它在临床应用中主要用于骨修复、牙科修复和植入体表面涂层等领域。
然而，其力学性能较低，容易产生压缩变形和磨损，限制了其在骨修复领域中的应用。
因此，需要通过增强和表面修饰等措施提高其力学性能和生物活性，以进一步拓展其应用范围。
二、研究内容和方法
本研究的主要内容是通过掺杂和复合等方法增强多孔磷酸三钙生物陶瓷的力学性能，并采用化学处理和物理法修饰其表面性质，提高其生物活性。
具体研究方法包括以下三个方面：
（1）材料制备
选取适当的添加剂和方法制备具有良好力学性能的多孔磷酸三钙生物陶瓷，如通过改变配方、制备方法和烧结工艺等途径实现增强效果。
（2）力学性能测试
采用压缩和弯曲等力学测试方法对增强后的多孔磷酸三钙生物陶瓷进行力学性能测试，并与普通多孔磷酸三钙生物陶瓷进行对比分析。
（3）表面修饰
利用化学处理和物理法等表面修饰方法，改变多孔磷酸三钙生物陶瓷的表面性质，提高其生物活性，如改善其表面粗糙度、化学成分和生物反应性。
三、预期研究结果
通过增强和表面修饰等方法，预计能够显著提高多孔磷酸三钙生物陶瓷的力学性能和生物活性。
本研究成果有望在骨修复、牙科修复和植入体表面涂层等领域中得到应用，具有一定的社会和经济意义。
多孔陶瓷材料的研究现状及应用
多孔陶瓷材料的研究现状及应用摘要：简单的论述了多孔陶瓷的特性、空隙生成以及制备方法与工艺等。
对多孔陶瓷的应用进行举例说明，展望多孔陶瓷的未来发展。
关键词：特性孔隙形成性能制备1．简介多孔陶瓷具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、良好的隔热性能、耐高温和使用寿命长等优点，是一种新型功能材料。
多孔陶瓷又称为气孔功能陶瓷，是指具有一定尺寸和数量的孔隙结构的新型陶瓷材料。
在材料成形与高温烧结过程中，内部形成大量彼此相通或闭合的气孔。
多孔陶瓷具有均匀分布的微孔或孔洞，孔隙率较高、体积密度小、比表面较大和独特的物理表面特性，对液体和气体介质有选择的透过性、能量吸收或阻尼特性，作为陶瓷材料特有的耐高温、耐腐蚀、高的化学稳定性和尺寸稳定性。
因此多孔陶瓷这一绿色材料可以在气体液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料、特种墙体材料和传感器材料等多方面得到广泛的应用[1]。
孔隙率作为多孔陶瓷材料的主要技术指标，其对材料性能有较大的影响。
一般来讲，高孔隙率的多孔陶瓷材料具有更好的隔热性能和过滤性能，因而其应用更加广泛。
2．多孔陶瓷的特性以及孔隙形成由于孔隙是影响多孔陶瓷性能及其应用的主要因素，因此在目前多孔陶瓷制备方法比较成熟的基础上，更加注重通过特殊方法控制孔隙的大小、形态，以提高材料性能。
并相应地建立孔形成、长大模型，对孔隙形成的机理进行理论分析。
2.1结构特征与性能2.1.1孔结构特征多孔陶瓷最大的结构特征就是多孔性。
因制造工艺不同多孔陶瓷的孔结构主要有三种类型。
即直通气孔，这类气孔直线贯通，相互之间没有连通或连通较少，如蜂窝陶瓷等用模具挤制形成的气孔；闭气孔，这类气孔互不相通，相互孤立，如发泡法形成而没有破裂贯通的气孔，过分焙烧，产生液相过多，将气孔封闭也形成闭气孔；开气孔，颗粒烧结法、添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法及溶胶-凝胶法制备的多孔陶瓷气孔大多是开气孔，这类气孔相互贯通，且与外界连通，极大多数的开气孔都是弯弯曲曲的。
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。
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展
冷冻干燥法制备多孔陶瓷研究进展近年来，随着科技的不断进步，多孔陶瓷的制备技术越来越受到人们的。
多孔陶瓷具有优异的物理化学性能，如高透气性、高渗透性、耐高温、耐腐蚀等，使其在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将重点冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究进展。
多孔陶瓷的制备方法有很多，包括物理法、化学法、模板法等。
物理法主要包括球磨法、烧结法等；化学法主要包括溶胶-凝胶法、聚合物泡沫浸渍法等。
这些方法在制备多孔陶瓷时都存在一定的局限性，如制备过程复杂、成本高、孔结构不易控制等。
因此，需要探索一种简单、高效、可控的制备方法。
冷冻干燥法是一种新型的制备多孔陶瓷的方法，该方法主要利用冰在低温下升华的原理，将含有陶瓷前驱体的溶液进行冷冻，然后在真空条件下进行干燥。
冷冻干燥法具有以下优点：1）可以制备具有复杂形状和结构的多孔陶瓷；2）可以控制孔径大小和分布；3）制备过程简单、节能环保。
然而，冷冻干燥法也存在一些不足，如制备周期长、成本较高，需要进一步改进和完善。
本文采用冷冻干燥法制备多孔陶瓷，进行了实验设计、材料制备、性能测试等方面的工作。
我们选取合适的陶瓷前驱体和溶剂，制备出具有一定粘度的溶液。
然后，将溶液进行快速冷冻，并在真空条件下进行干燥。
对制备出的多孔陶瓷进行性能测试，包括孔径大小、孔隙率、抗压强度等方面。
通过与其他制备方法相比，我们发现冷冻干燥法在制备多孔陶瓷方面具有明显的优势。
冷冻干燥法可以制备出具有复杂形状和结构的多孔陶瓷，这是其他方法难以实现的。
冷冻干燥法可以精确控制孔径大小和分布，从而满足不同领域的应用需求。
冷冻干燥法的制备过程简单、节能环保，具有很高的实际应用价值。
近年来，利用冷冻干燥法制备多孔陶瓷的研究取得了重要进展。
在机制分析方面，科研人员深入研究了冷冻干燥的原理和过程，提出了许多有价值的理论。
在工艺优化方面，通过不断改进制备工艺，提高了多孔陶瓷的性能和稳定性。
在产品应用方面，冷冻干燥法制备的多孔陶瓷在许多领域都得到了广泛的应用，如催化剂载体、过滤分离、生物医学等。
添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制
添加造孔剂法制备多孔陶瓷及其强度与孔径控制一、本文概述多孔陶瓷作为一种具有独特结构和性能的新型无机非金属材料，在过滤、分离、吸附、催化、载体、隔热、降噪、生物医疗等众多领域表现出广阔的应用前景。
其中，孔径大小及其分布、孔的数量、形状和连通性等孔结构参数对多孔陶瓷的性能起着决定性的作用。
因此，如何制备具有理想孔结构的多孔陶瓷材料成为了研究的关键。
添加造孔剂法作为一种制备多孔陶瓷的常用方法，通过引入造孔剂在陶瓷基体中形成孔洞，从而实现对多孔陶瓷孔结构的调控。
本文旨在探讨添加造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程、影响多孔陶瓷强度和孔径的关键因素，以及如何通过调整制备参数实现对多孔陶瓷强度和孔径的有效控制，为多孔陶瓷的制备和应用提供理论指导和技术支持。
二、添加造孔剂法制备多孔陶瓷的原理添加造孔剂法制备多孔陶瓷是一种常见且有效的制备工艺，其基本原理是在陶瓷原料中加入一定数量的造孔剂，这些造孔剂在陶瓷烧结过程中会燃烧或分解，从而留下大量孔洞，形成多孔结构。
造孔剂的选择和添加量是影响多孔陶瓷孔结构和性能的关键因素。
造孔剂的种类应具有良好的热稳定性，能够在陶瓷烧结温度范围内不发生化学反应或分解，以保证孔洞的均匀性和稳定性。
常用的造孔剂包括炭黑、石墨、有机物等。
造孔剂的添加量决定了多孔陶瓷的孔隙率和孔径大小。
添加量过多，会导致陶瓷体积收缩过大，强度降低；添加量过少，则孔洞数量不足，影响多孔陶瓷的性能。
因此，合理控制造孔剂的添加量是制备多孔陶瓷的关键。
在制备过程中，造孔剂与陶瓷原料混合均匀后，通过成型和烧结工艺形成多孔陶瓷。
成型过程中，造孔剂颗粒随机分布在陶瓷基体中，形成初步的孔结构。
在烧结过程中，造孔剂燃烧或分解，形成大量孔洞，同时陶瓷基体发生致密化，形成最终的多孔陶瓷。
通过调整烧结温度和保温时间等工艺参数，可以进一步控制多孔陶瓷的孔结构和性能。
烧结温度过高或保温时间过长，可能导致孔洞坍塌，降低多孔陶瓷的孔隙率和比表面积；烧结温度过低或保温时间过短，则可能导致陶瓷基体致密化不足，影响多孔陶瓷的强度。
多孔陶瓷的制备工艺及其研究进展
多孔陶瓷的制备工艺及其研究进展*毕秋1，李克1，倪新梅2，李飞3（1 南昌大学机电工程学院，南昌330031；2 无锡市惠山区堰桥街道科技办，无锡214174；3 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海200240）摘要多孔陶瓷作为一类新型的功能陶瓷材料，具有透过性好、耐高温、耐腐蚀等诸多优良性能，已广泛地应用于冶金、化工、环保等领域。
概述了多孔陶瓷的传统制备工艺及其研究进展，着重介绍了多孔陶瓷新的制备工艺及其发展方向。
关键词多孔陶瓷制备工艺前景Preparation Technology and Research Development of Porous CeramicsBI Qiu1, LI Ke1, NI Xinmei2, LI Fei3(1 School of Mechanical Engineering, Nanchang University, Nanchang 330031;2 Office of Science and technology, Road Yanqiao of Huishan District, Wuxi 214174;3 Key Laboratory of Metal Matrix Composites,Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240)Abstract As a new-type functional ceramic materials, porous ceramics have been applied in metallurgy, Chemical industry and environmental protection etc. In this article the traditional fabrication methods for preparing the porous ceramics and their new research progress are summarized, the new preparation techniques and the developing trandency are introduced especially.Key words porous ceramics, preparation technology, prospect多孔陶瓷也称为气孔功能陶瓷，它是一种新型陶瓷材料，是成型后经高温烧成制得，体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料[1,2]。
结构仿生多孔羟基磷灰石陶瓷的制备工艺及研究进展PPT课件
向孔内生长, 与骨面构成愈合状态。
结构仿生 HAP多孔 陶瓷优势
4
2 HAP多孔陶瓷的研究意义
耳小骨替换
牙周袋填补
牙槽脊增高
颌面骨 缺损修复
口腔种植
脊椎骨修复
生物硬组织 的修复和替换
药物载体
图2-1 羟基磷灰石生物陶瓷5
2 HAP多孔陶瓷的研究意义
快速成型 技术(RP)
将数字信息传给造型机，通过原料逐层添加法制造出多孔材料。
能够制备出传统工艺不能形成的200～300μm以上的可控孔隙结构；
能够保证孔隙之间的完全贯通；
不需要工具、模具；目前仍处于研究阶段。
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3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
实验结合浸渍法和注浆成型工艺制备具有内疏外密 天然骨结构仿生羟基磷灰石多孔陶瓷。
制备工艺简单，孔隙率高，孔径大小容易调控； 具有开孔三维网状骨架结构。
模板法
无机物前体在模板剂的作用下，借助有机超分子/无机物的 界面作用，形成具有一定结构和形貌的无机材料。
是制备有序多孔材料的有效手段； 已成为目前制备多孔羟基磷灰石最常用的方法之一。
三维设计 基于离散堆积原理的数字化成型技术，利用软件分切实体，然后
下燃尽或挥发而在陶瓷体中留下孔隙。
可以制备气孔结构不同、形状复杂的多孔材料。 但所制得的多孔羟基磷灰石孔隙率不高，且孔径范围分布较宽。
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3 HAP多孔陶瓷的制备工艺
有机泡沫 将在较高温度或发生化学反应产生气体的化学物质与羟基磷灰石粉 浸渍法 体浆料混合成形，在一定温度下加热处理发泡，烧结产生多孔陶瓷。
3.1 基于有机泡沫浸渍法的制备工艺
多孔β-TCP生物陶瓷制备工艺进展
替 代 。而 磷 酸 钙 陶 瓷 具 有 良好 的 生 物 相 容 性 ， 宿 主 全 对
本 文 试 图从 以 上 背 景 下 去综 述 ＢＴ Ｐ粉 末 制 备 ，成 型 —Ｃ
上 艺 、 存 问题 和 发 展 趋 势 。 现
身和 局 部 无 毒 副 作 用 ， 会 引起 炎性 反 应 和 异 物 反 应 ， 不 能 与骨 形 成 化 学 键 相 结 合 ， 具有 骨 传 导 作 用 。ｐＴ Ｐ在 体 内 －Ｃ
ｏ ； ｅ ｐ ｎｑ ｅｔ ｎ ｒｓｎ ｎ ｅ ｒｎ ｆ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｆ ｏｏ ｓ５Ｔ Ｐｂｏｏ ｉａ ｅａ ｃ ｌａｓ ｅ ｘ ｌｉｅ ． ｄ ｔ ｅ ｕ ｓｉ ｓ ｔ ｅｅ ｔ ｄｔ ｅ ｄｏ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｐ ｒｕ － Ｃ ｉｌｇｃ ｌ ｒｍｉｓ ｌ ｌｏｂ ｐａｎ ｄ ｈ ｏ ｏ ａｐ ａ ｈｔ ｏ １ ｃ ｗｉ ｅ
酸 钙 生 物 陶 瓷 存 在 的 主 要 不 足 ： 力 学性 能 差 ， 性 大 ， ① 脆 抗 折 强 度 低 。 能 用 于 不 承 重 的 骨 缺 损 修 复 ； 缺 乏 诱 导活 只 ② 性 ， 料 植 入 骨 缺 损 区 只 能 靠 骨 传 导作 用 使 骨 组 织 长 入 ， 材
降解 主 要 有 两 种 途 径 ： 物 理化 学 溶 解 ； 吞 噬 细 胞 吞 噬 ， ① ② 降解 初 期 以 理 化 过 程 的溶 解 降解 为 主 。 解 后 释 放 的 钙 降
多孔陶瓷在陶瓷产业应用现状分析
多孔陶瓷在陶瓷产业应用现状分析多孔陶瓷在陶瓷产业应用现状分析一、引言多孔陶瓷是一种具有广泛应用前景的材料，其特点是具有较高的孔隙度和开放的孔隙结构，能够有效地吸附、过滤和传递物质。
随着现代工业的发展，多孔陶瓷在陶瓷产业中的应用也越来越广泛。
本文将介绍多孔陶瓷在陶瓷产业中的应用现状，并分析其发展趋势。
二、多孔陶瓷的应用领域1. 过滤领域：多孔陶瓷由于其开放的孔隙结构和优良的渗透性，广泛应用于液体和气体过滤领域。
例如，在水处理行业中，多孔陶瓷能够高效地去除水中的微生物、悬浮物和有机物，提高水质。
2. 催化剂载体：多孔陶瓷具有高比表面积和良好的化学稳定性，能够作为催化剂的载体使用。
在化工行业中，多孔陶瓷常用于制备高效催化剂，提高化学反应的速率和产率。
3. 生物医药领域：多孔陶瓷作为生物医药材料，具有良好的生物相容性和生物惰性。
它可以作为人工骨、人工关节和牙科种植体等材料使用，用于修复和替代人体组织。
4. 热隔离领域：由于多孔陶瓷的高孔隙度和低导热性能，它可以用于热隔离材料的制备。
在航空航天、汽车和电子行业等领域，多孔陶瓷能够有效地降低热传导，提高设备的热稳定性。
三、多孔陶瓷应用现状分析1. 技术水平：目前，多孔陶瓷在陶瓷产业中的应用已经较为成熟。
国内外许多企业和研究机构对多孔陶瓷材料的研究和开发取得了较大的进展。
例如，在过滤领域，许多企业已经将多孔陶瓷膜技术商业化，并应用于水处理和食品加工等领域。
2. 市场需求：随着环境保护意识的提升和新型材料的需求增加，多孔陶瓷在陶瓷产业中的市场需求也在逐渐增加。
例如，在汽车尾气处理领域，多孔陶瓷催化剂载体能够有效降低有害气体排放，受到广泛关注。
3. 发展趋势：多孔陶瓷在陶瓷产业中的应用未来有望继续扩大。
随着科技的发展，尤其是纳米技术和材料制备技术的突破，多孔陶瓷的孔隙结构和性能可以进一步改善。
此外，多孔陶瓷与其他材料的复合应用也将是未来的发展方向，例如多孔陶瓷与金属、聚合物等材料的复合，可以获得更多种类的功能材料。
多孔_TCP生物陶瓷的制备与料浆含水率对_TCP性能的影响研究
多孔β2TCP 生物陶瓷的制备与料浆含水率对β2TCP 性能的影响研究江昕 方芳 闫玉华(武汉理工大学生物材料与工程研究中心,武汉 430070) 摘 要 选择β2Ca (PO 4)(β2T CP )粉末为主体材料,加入适量高温粘结剂,利用发泡法,制备出以β2T CP 为主晶相的多孔生物陶瓷,并进行常规性能测试和微观形貌观察,讨论料浆含水率对β2T CP 性能的影响,以确定制备β2T CP 陶瓷更合理的工艺参数。
关键词 β2T CP 陶瓷 粘结剂 含水率作者简介:江昕(1958～),女,助理研究员1主要从事生物医用材料的研究11 前言β2T CP 生物陶瓷由于具有良好的生物相容性和降解性能,是一种良好的骨缺损修复材料[1]。
为进一步提高材料的降解性能,采用发泡法,低温烧结的制备工艺[2,3]。
2 实验2.1 多孔β2T CP 陶瓷的制备21111 β2T CP 粉末制备固相反应法制备β2T CP 粉末:2CaHPO 4・2H 2O +CaC O 3高温Ca 3(PO 4)2+5H 2O ↑+C O 2↑以摩尔比2∶1准确称取分析纯CaHPO 4・2H 2O 和分析纯CaC O 3,混合均匀,在硅碳炉中升温至940℃,升温速率为15℃/min ,保温2h ,随炉冷却。
其产物的XRD 分析见图1。
图1 β2TCP 粉末的X 2射线衍射图2.1.2 高温粘结剂的制备为提高β2T CP 陶瓷的活性,降低其烧成温度,在原料中引入高P 2O 5含量的Na 2O 2CaO 2P 2O 5玻璃作为粘结剂:表1 粘结剂的化学组成(%)成分P 2O 5Na 2O CaO M gO 含量85～6518～615～55～1取过40目筛及经玛瑙三头研磨机研磨2h 制得的粘结剂1～2g ,用MICRON PH OT O SIZER SK C 22000粒度测试仪测得粒径分布见图2。
图2 粘结剂的粒度分布曲线2.1.3 发泡剂的制备采用松香皂及骨胶的化泡特性,使用磁力搅拌器制得孔径均匀的泡沫。
多孔陶瓷隔热材料的研究进展
第43卷第2期2024年2月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.43㊀No.2February,2024多孔陶瓷隔热材料的研究进展王蒙蒙,隋学叶,綦开宇,徐㊀杰,刘瑞祥,周长灵,唐文哲,段晓峰,李占峰(山东工业陶瓷研究设计院有限公司,淄博㊀255000)摘要:多孔陶瓷内部具有大量相通或封闭孔隙,孔径和孔隙的分布及连通性等微观结构特征对材料的物理性能起着重要作用㊂本文介绍了多孔陶瓷隔热材料的优良特性及广泛的应用前景,并总结了近几年多孔陶瓷隔热材料的制备方法及研究进展,提出了多孔陶瓷材料的发展现状及普遍面临的问题,并指出了解决问题的思路,以期为后续开发更多优异性能的多孔陶瓷隔热材料提供参考㊂关键词:多孔陶瓷;制备方法;孔隙结构;隔热性能;发展现状中图分类号:TQ174㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2024)02-0637-12Research Progress of Porous Ceramic Insulation MaterialWANG Mengmeng ,SUI Xueye ,QI Kaiyu ,XU Jie ,LIU Ruixiang ,ZHOU Changling ,TANG Wenzhe ,DUAN Xiaofeng ,LI Zhanfeng(Shandong Industrial Ceramics Research and Design Institute Co.,Ltd.,Zibo 255000,China)Abstract :Porous ceramics have a large number of interconnected or closed pores.Microstructural characteristics such as pore size,pore distribution and connectivity,play a crucial role in physical properties of material.In this paper,we present the remarkable properties and broad application prospects of porous ceramic insulation materials,including applications in aerospace,construction,industrial energy efficiency,biomedical (for bone defect repair materials ),ceramic electrochemical devices in batteries,catalyst carriers (for exhaust gas purification in gasoline engines),and various other fields such as sound insulation,liquid separation,and sensors.It also summarizes the preparation methods and research progress of porous ceramic thermal insulation materials in recent years.The content mainly covers the selection of raw materials,technological methods,and key material properties.Finally,it outlines the current development status and common challenges faced by porous ceramic materials,along with suggesting strategies for improvement,aiming toprovide references for the development of more high-performance porous ceramic thermal insulation materials in the future.Key words :porous ceramics;preparation method;pore structure;insulation property;development status 收稿日期:2023-08-17;修订日期:2023-09-21作者简介:王蒙蒙(1994 ),女,工程师㊂主要从事气凝胶隔热材料的研究㊂E-mail:1076924497@通信作者:隋学叶,教授级高级工程师㊂E-mail:sxy001@ 0㊀引㊀言陶瓷材料具有硬度大㊁强度高㊁热膨胀系数低㊁抗氧化性能强㊁耐腐蚀性能好等优异性能,在许多高温和高腐蚀性环境中其物理化学稳定性远远优于金属材料或其他聚合物材料㊂其中,多孔陶瓷是使用时间最长的陶瓷材料,最早可追溯到新石器时代[1-2]㊂多孔陶瓷的孔隙率为25%~95%,这赋予了陶瓷质轻㊁隔热㊁吸附性强㊁生物相容性好等优异特性[3-6],因此衍生出更多的应用领域,如航天航空及工业窑炉用高温隔热材料㊁电池中的陶瓷电化学器件㊁汽车尾气催化剂载体㊁水净化㊁气体分离㊁有机液体分离㊁酸碱液体分离㊁金属熔融过滤提纯㊁生物医学骨修复㊁隔音㊁传感器等,具有良好的发展前景[7-11],尤其在隔热领域,多孔陶瓷的应用效果较为突出㊂多孔陶瓷作为隔热材料可以减少两个工件之间的传热,从而有助于减少能量损失和二氧化碳排放,为二氧化碳减排做出突出贡献㊂同时,多孔陶瓷隔热材料支撑着许多高温产业的正常运行,在促638㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷进工业经济发展的同时也为人类提供了更加舒适的生存环境[12-15]㊂为了满足相应领域的使用性能要求,多孔陶瓷的制备工艺主要包括有机泡沫浸渍法㊁直接发泡法㊁造孔剂法㊁牺牲模板法㊁模板复制法㊁凝胶浇注法㊁3D打印技术㊁部分烧结等[16-20]㊂通过改变和优化工艺可定制具有不同使用性能的材料㊂材料的孔隙大小㊁形状㊁分布和连通性等微观结构都对多孔陶瓷材料的使用性能起到关键的作用,选择适当孔径(2~50nm)的介孔材料可以降低材料在高温环境中的导热系数,进而增强材料整体的隔热保温性能[21-22]㊂本文主要针对近几年国内外各学术界对多孔陶瓷的典型制备方法及研究进展进行分析和总结,并对多孔陶瓷隔热材料目前存在的问题进行了总结和分析,为后期多孔陶瓷隔热材料的制备和研究提供参考㊂1㊀多孔陶瓷的制备方法1.1㊀造孔剂法造孔剂法主要是将易挥发的造孔剂与配料混合均匀,然后经高温处理后,造孔剂会发生氧化反应变成气体离开陶瓷基体,并在原来的位置上形成许多孔隙,进而制备出多孔陶瓷㊂造孔剂的数量㊁形状尺寸㊁分散均匀性等均会对陶瓷的孔径㊁孔分布及孔隙率产生直接影响㊂Wang等[23]以α-Al2O3和CaCO3粉为原料,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球为造孔剂,采用凝胶浇注法制备了六铝酸钙多孔陶瓷㊂结果表明,多孔陶瓷的孔隙主要由PMMA微球的烧损和有机物的分解形成,适量的微球可以对多孔陶瓷的热冲击稳定性产生良好的影响㊂此方法制备的多孔陶瓷的体积密度为1.33g/cm3,孔隙率为63%,抗弯强度为13.9MPa,热震次数可达9次,导热系数为0.293W/(m㊃K),性能指标可满足耐火材料或高温水泥行业的使用要求,具有很好的发展前景㊂Zhang等[24]以碳化硅和硅粉为原料,选择不同粒径的PMMA作为造孔剂制备多孔陶瓷㊂研究结果显示,当孔隙率从50.97%增加到54.59%时,损耗角正切有所增强㊂Çelik等[25]以α-Al2O3粉末为原料,以炭黑粉末作为造孔剂,采用火花等离子烧结技术制备了多孔氧化铝陶瓷㊂多孔陶瓷的开放孔隙率在38.48%~59.81%,烧结后抗压强度约为150MPa㊂1.2㊀有机泡沫浸渍法、直接发泡法及泡沫凝胶浇注法有机泡沫浸渍法:1963年由Heichel[26]首次提出,以开孔三维网状有机泡沫为模板浸渍于陶瓷浆料中,并反复浸渍使浆料均匀分布,将浸渍完成的有机泡沫从浆料中提拉出后经过烧结过程将有机泡沫分解后得到具有开放孔隙的高孔隙率多孔陶瓷㊂有机泡沫浸渍法制备工艺简单,生产条件可控,且成本低廉,但此方法主要用于生产大孔陶瓷,针对较小孔隙多孔陶瓷的制备会出现浸渍困难或浸渍不均匀等问题,且制备出的多孔陶瓷力学性能相对较差[27]㊂直接发泡法:添加的发泡剂经过各种反应会释放出气体,气体在陶瓷浆料中扩散形成孔隙㊂通过对发泡剂种类和用量的控制可以制备不同形状㊁尺寸的多孔陶瓷㊂直接发泡法适合制备闭孔材料,制得的陶瓷孔隙率为40%~90%,孔径一般大于2mm,且制备出的多孔陶瓷强度相对较高[28]㊂泡沫凝胶浇注法:将直接发泡技术与凝胶浇注技术结合起来制备多孔陶瓷,工艺较为简单,适合大规模生产㊂Han等[29]以工业硅粉为原料,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为发泡剂,在1423~1523K的温度下,采用 一步法 泡沫-凝胶浇注/氮化法制备了孔隙率约为91%~93%的Si3N4多孔陶瓷,宏观形貌见图1㊂在1523K氮化后,当初始固相载荷为12.5%时,试样的抗压强度最高,达到1.9MPa,密度为0.25g/cm3㊂在1473K下氮化的样品导热系数在323K时低至0.074W/(m㊃K)㊂图1㊀Si3N4多孔陶瓷的宏观形貌[29]Fig.1㊀Macrostructure of Si3N4porous ceramics[29]㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展639 Cao等[30]以二氧化硅石英石粉为主要原料,纳米CaCO3和纳米磷酸铁为矿化剂,NS-I型复合发泡剂为发泡体系,采用简单环保的直接发泡法制备SiO2多孔陶瓷,研究高活性纳米CaCO3和纳米磷酸铁稳定SiO2的晶向转变过程㊂结果表明,纳米CaCO3和纳米磷酸铁的加入可促进具有复杂孔隙结构的多孔陶瓷的形成和致密化,纳米CaCO3作为矿化剂的效果优于纳米磷酸铁㊂Zhang等[31]以ZrB2粉和硅粉为主要原料制备了不同SiO2含量的SiC-ZrB2多孔陶瓷,微观形貌见图2㊂SiC-ZrB2多孔陶瓷的孔隙率高达86.9%㊂在1573K下制备的SiC-ZrB2多孔陶瓷的导热系数为0.280W/(m㊃K),抗压强度为0.52MPa㊂在1473K惰性气体中进行二次热处理后,合金仍能保持原有的几何形状和组织结构㊂图2㊀1573K/3h下制备的SiC-ZrB2多孔陶瓷的微观形貌[31]Fig.2㊀Microstructure of SiC-ZrB2porous ceramics prepared at1573K/3h[31]1.3㊀3D打印技术自20世纪80年代提出3D打印的概念以来,3D打印技术得到了迅速发展㊂3D打印技术可灵活地制备出具有高度复杂结构的多孔陶瓷材料,主要原理是通过计算机数模软件对材料的精度进行设计控制,通过逐层加工制备出理想的材料,常见的3D打印技术有立体光刻打印技术㊁熔融沉积制造技术㊁选择性激光烧结法㊁喷墨打印技术㊁直写打印技术等㊂根据所用原料的形态区别,可以将3D打印技术分为基于浆料的陶瓷3D打印技术㊁基于粉末的陶瓷3D打印技术和基于块状固体的陶瓷3D打印技术[32-35]㊂Hossain等[36]以微晶铝粉和纳米SiO2(废稻壳灰)为原料,通过3D直写打印技术制备出莫来石陶瓷,制备流程及微观形貌见图3㊂结果显示,在1400ħ下,Al2O3和纳米SiO2完全转化为莫来石,其孔隙率为75%,导热系数为0.173W/(m㊃K)㊂Chen等[37]将立体光刻3D打印技术与牺牲模板法相结合,经烧结后成功制备出了平均孔径约为15μm的多孔氧化铝陶瓷,且尺寸收缩微乎其微㊂640㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图3㊀3D直写打印技术制备莫来石陶瓷流程图[36]Fig.3㊀Preparation process diagram of mullite ceramics by3D direct writing printing technique[36]2㊀多孔陶瓷隔热材料研究进展2.1㊀陶瓷气凝胶隔热材料气凝胶的种类较多,包括硅系㊁碳系和金属氧化物气凝胶,二氧化硅气凝胶目前最为常见,在产量方面,二氧化硅气凝胶颇占优势[38]㊂二氧化硅气凝胶由纳米尺度胶体粒子构成,孔隙率一般达到80%以上,因低密度特性和开孔的结构构造而广泛应用在轻质天线设备㊁建筑节能㊁传感器㊁航空航天㊁药物输送㊁生物医学㊁二氧化碳捕获和环境修复等领域[39-41]㊂其中,二氧化硅气凝胶作为隔热材料,耐温性能可达到800ħ㊂二氧化硅气凝胶的制备通常使用溶胶-凝胶法,溶胶-凝胶法的关键步骤是干燥过程,即从湿凝胶网络孔隙中去除液体㊂干燥方法包括超临界干燥㊁常压干燥㊁冷冻干燥等,此过程对材料的孔隙大小及成块性的好坏起到决定性的作用[42],同时,制备二氧化硅气凝胶成本的高低及使用性能的差异与所选择的硅源有着密切的关系㊂常见的几种硅源包括硅酸盐(水玻璃)㊁硅醇盐(正硅酸乙酯㊁正硅酸甲酯等)㊁有机硅源(甲基三甲氧基硅烷㊁3-氨丙基三乙氧基硅烷)等㊂2.1.1㊀以水玻璃为硅源制备的二氧化硅气凝胶水玻璃是一种可溶性碱金属硅酸盐,成本低廉,以此为原料制备的二氧化硅气凝胶的成本也较低㊂1931年,美国加州Stockton太平洋学院的Kistler教授[43]以硅酸钠为硅源㊁盐酸为催化剂,采用超临界干燥工艺制备出了二氧化硅气凝胶,开拓了气凝胶的科研之路㊂但是此方法制备出的二氧化硅气凝胶会引入大量的碱金属氯化物等杂质,使得二氧化硅气凝胶的纯度降低,需要通过大量的溶液置换去除中间的杂质,因此制备周期也会大大延长,并增加了工序的复杂性和产品的不稳定性㊂2.1.2㊀以硅醇盐为硅源制备的二氧化硅气凝胶以正硅酸甲酯或正硅酸乙酯作为硅源可制备出性能良好的二氧化硅气凝胶,其中正硅酸甲酯具有活性好㊁水解速度快等优点,可减少水解过程所耗费的时间㊂Nicolaon等[44]以正硅酸甲酯和甲醇为原料,通过溶胶凝胶法和超临界干燥技术制备出性能较好的二氧化硅气凝胶,制备过程中无需溶液置换过程,因此大幅缩短了气凝胶制备的周期,但是原料成本较高,且在制备过程中会产生大量具有污染性的甲醇,因此大规模生产和商业化发展仍然受限㊂1985年,Tewari等[45]开始使用正硅酸乙酯代替正硅酸甲酯为原料,并利用二氧化碳进行超临界干燥,减少了甲醇污染物的产生㊂同时,干燥过程也发生了改变,降低了气凝胶生产过程中的危险系数,进而促进了气凝胶的发展进程,为气凝胶后续的商业化发展奠定了基础㊂目前最常用的硅醇盐为正硅酸乙酯㊂正硅酸乙酯经过溶胶-凝胶过程,形成初级颗粒并聚集成次级颗粒,最后相互连接形成珍珠项链形态㊂湿凝胶网络经过超临界干燥或者常压干燥制备成二氧化硅气凝胶[29,46],此干燥过程主要是以气体取代湿凝胶中的部分液体形成干凝胶㊂然而传统的二氧化硅气凝胶力学性能㊁柔韧性较差及超临界干燥㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展641工艺生产成本较高,限制了二氧化硅气凝胶的进一步大规模生产㊂Duan等[47]以正硅酸乙酯为硅源,在常压下制备了一种超疏水二氧化硅气凝胶,在制备过程中,通过添加正己烷来调节孔隙结构㊂研究结果表明,当正己烷与正硅酸乙酯的体积比为1ʒ2.24时,样品的导热系数最低为0.012W/(m㊃K),与未添加正己烷的样品相比密度减小,孔径增大,总孔体积增大㊂Zhao等[48]以正硅酸乙酯为硅源,利用酸碱催化法制备隔热超疏水二氧化硅气凝胶粉,得到的二氧化硅气凝胶粉体密度为0.212g/cm3,导热系数为0.053W/(m㊃K),比表面积为769.86m2/g,水接触角为149.0ʎ㊂2.1.3㊀以有机硅为硅源制备的二氧化硅气凝胶以有机硅为硅源制备的二氧化硅气凝胶由于引入了不可水解基团,材料内部次级粒子在一定外力的作用下可以产生更大的弹性空间,使二氧化硅气凝胶的力学性能有明显的提高[49]㊂常见的有机硅源包括甲基三甲氧基硅烷㊁甲基三乙氧基硅烷㊁3-氨丙基三乙氧基硅烷㊁乙烯基三乙氧基硅烷等㊂Li等[46]以甲基三乙氧基硅烷为硅源,采用常压干燥制备出聚甲基硅倍半氧烷气凝胶,其密度低至117mg/cm3,压缩强度为0.205MPa,润湿角为155.6ʎ,且柔韧性较好,宏观及微观形貌等特征见图4㊂此制备过程无需溶液置换,周期大幅缩短㊂Ding等[50]以二甲基二甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷为共同硅源,以十六烷基三甲基溴化铵为化学干燥控制剂在常压干燥下制备出聚甲基硅倍半氧烷基二氧化硅气凝胶,气凝胶的最佳润湿角为165ʎ,孔径约为20μm,并能具有良好的弹性性能,微观形貌见图5㊂642㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷图4㊀聚甲基硅倍半氧烷气凝胶表征[46]Fig.4㊀Characterization of polymethylsilsesquioxane aerogel[46]图5㊀聚甲基硅倍半氧烷基二氧化硅气凝胶微观形貌[50]Fig.5㊀Microstructure of polymethylsilylsesquioxide aerogel[50]㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展643 2.2㊀陶瓷纤维基隔热材料陶瓷纤维基隔热材料是一种以纤维为骨架构成的具有连续孔隙结构的轻质耐火材料,具有孔隙率高㊁比表面积大㊁体积密度小㊁热导率低等特点,在隔热领域具有良好的应用前景,如高超声速飞行器用隔热瓦㊂隔热瓦是由石英㊁氧化铝等纤维㊁烧结助剂和粘结剂组成,通过纤维预处理㊁料浆混合㊁湿法抽滤成型㊁干燥烧结等工艺制备得到的具有一定强度的轻质多孔隔热材料[51]㊂2.2.1㊀莫来石纤维莫来石为斜方晶结构,是常压条件下最为稳定的Al2O3-SiO2化合物[52-53]㊂莫来石纤维具有良好的热化学稳定性能㊁机械强度㊁抗蠕变性能,并具有导热系数低㊁热膨胀系数小等优点,因此成为当前隔热陶瓷增强材料领域主要的原料之一[54-55]㊂莫来石纤维隔热瓦是一种由随机堆叠的莫来石纤维和粘结剂及烧结助剂构成的具有三维结构的固体材料,孔隙率一般为81.6%~82.3%,具有质轻㊁密度低㊁抗热震性能好㊁导热系数低等特点,在高温隔热领域越来越受到关注[56-57]㊂He等[58]采用简单的料浆法制备了莫来石纤维隔热瓦,并涂覆了MoSi2-硼硅酸盐玻璃涂层㊂结果表明,在450kW/m2的热流密度下,表面温度迅速达到1043.1ħ,而冷表面仍保持在室温㊂MoSi2基涂层具有高辐射率,有效增强了材料表面的热辐射,且涂层与隔热瓦基体之间具有良好的结合度㊂Cao等[59]采用HPMS-KH570作为树脂基体,莫来石纤维为原料,通过3D打印技术制备了高度复杂的莫来石纤维基多孔陶瓷㊂3D-莫来石纤维基多孔陶瓷呈现出清晰的3D打印晶格结构,此结构由随机交叉的莫来石纤维组成㊂这种独特的具有三维骨架结构的莫来石纤维基多孔陶瓷密度为0.47g/cm3,室温导热系数为0.11W/(m㊃K)㊂㊀2.2.2㊀石英纤维石英纤维由高纯度SiO2(ȡ99.9%)组成,具有化学稳定性高㊁柔韧性好㊁耐高温抗烧蚀性强㊁抗热震性好㊁导热率低㊁介电性能优异等特点,直径一般为3~5μm,因而被广泛应用于制备保温隔热和绝热密封材料,如柔性可重复使用表面隔热材料㊁应变隔离垫㊁柔性热障材料等[60]㊂Zhou等[61]以短切石英纤维为原料,采用压滤法制备了弹性纤维多孔陶瓷,制得的多孔陶瓷密度为0.124~0.181g/cm3,压缩应力为0.096~0.377MPa,孔隙率为91.73%~94.86%,导热系数为0.03W/(m㊃K)㊂弹性纤维多孔陶瓷具有优异的隔热性能,因此在保温领域具有潜在的应用前景㊂Wang等[62]以陶瓷树脂(CR)为表层,酚醛树脂(PR)为内层,制备了石英纤维增强酚醛树脂气凝胶复合材料,致密层的拉伸强度为39.22MPa,弯曲强度可达到57.22MPa㊂在烧蚀试验中,在表面温度超过1100ħ时,背面温度在3min内达到52ħ,在5min内达到127ħ,具有超强的隔热性能㊂2.2.3㊀氧化铝纤维氧化铝纤维主要成分为氧化铝,并含有少量SiO2㊁MgO等,具有良好的耐高温性能㊁热化学稳定性㊁抗蠕变性能㊁抗氧化性能及优异的力学性能和极低的导热系数,在航天航空㊁高温热防护领域具有良好的发展前景[63]㊂当氧化铝纤维直径为微米或纳米级别时,材料性能进一步提升,应用领域也更加广泛,如可用作污染物吸附剂㊁催化剂载体和无机锂电池隔膜等[64]㊂Dang等[65]以Al2O3颗粒和Al2O3纤维为原料,采用单向冷冻铸造法制备了Al2O3纤维增强多孔Al2O3陶瓷㊂结果表明,多孔陶瓷的孔隙率随纤维含量的增加而增加,孔隙形态也发生变化㊂适量Al2O3纤维的加入可以提高料浆的抗压强度,而过量的Al2O3纤维则会降低料浆的抗压强度㊂Dong等[66]采用静电纺丝法制备Al2O3-ZrO2纳米纤维,经过凝胶注模㊁冷冻干燥和高温烧结制备出Al2O3-ZrO2纳米纤维基多孔陶瓷㊂结果表明,Zr的加入提高了Al2O3基纳米纤维的热稳定性㊂Al2O3-ZrO2纳米纤维基多孔陶瓷的孔隙率达到97.79%~98.04%,密度为0.075~0.091g/cm3,导热系数为0.047~ 0.055W/(m㊃K),且吸声性能优异,平均吸声系数为0.598~0.770㊂此方法制备的多孔陶瓷在高温隔热和吸声等领域具有广阔的应用前景㊂2.3㊀陶瓷空心微球基隔热材料陶瓷空心微球是一种制备多孔陶瓷的新材料㊂由于它们的成分与最终的陶瓷基体的成分相同或相似,因此不会污染陶瓷基体或引入其他杂质㊂陶瓷空心微球具有密度低㊁保温性强㊁抗热震性强等特点,其物理644㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第43卷化学性能主要取决于球体大小㊁壳层厚度㊁球壳材料和孔隙率等特性㊂陶瓷空心微球不仅可以在材料中引入孔隙,降低材料的导热系数,还能作为骨架材料进行填充㊁支撑,提高材料的机械性能[67-68],适用于生产结构均匀的高性能多孔陶瓷[69]㊂制备多孔陶瓷的起始材料主要有粉煤灰㊁二氧化硅和氧化铝㊂其中,粉煤灰是燃煤电厂排放的主要固体废弃物,粒径一般在0.5~300μm,一般来说,每消耗4t煤产生约1t粉煤灰[70]㊂Yang等[71]以粉煤灰空心微球和硅酸铝粉为原料,采用蛋白胶凝技术制备了高强度多功能莫来石基多孔陶瓷,其孔隙率为54.69%~70.02%,抗压强度达到32.3~42.9MPa,是同等密度的莫来石基多孔陶瓷的2~5倍,形貌表征如图6所示㊂Cha等[67]采用表面带孔的氧化钇稳定氧化锆微球制备了钇稳定氧化锆多孔陶瓷泡沫,孔隙率达到80.69%,导热系数低至0.10W/(m㊃K),抗压强度为5.7MPa㊂图6㊀高强度多功能莫来石基多孔陶瓷材料形貌表征[71]Fig.6㊀Morphology characterization of high-strength multi-functional mullite-based multi-porous ceramics[71]2.4㊀热障涂层材料高发射率隔热涂层常应用于航空发动机和燃气轮机的金属表面,主要通过在高温环境中阻挡热量来防止热量损失,进而提高内燃机㊁燃气轮机和建筑物的能源效率,对基体材料提供必要的热防护作用[72]㊂高温合金涂层一般由多层涂层构成,外层为低导热热障陶瓷涂层,热障涂层可用于降低合金表面的温度,如250μm陶瓷涂层可使合金表面温度降低约150ħ,从而显著降低燃料消耗,并使涡轮叶片和发动机等其他热截面部件寿命提高数倍[73]㊂技术最成熟的Y2O3稳定ZrO2涂层材料(YSZ)具有化学稳定性良好㊁断裂韧性高㊁热膨胀系数高㊁导热系数较低等优点,50多年来一直被认为是热障材料的最佳候选材料[28,74-75],其中,8%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)是目前使用的主要的热障涂层材料[76]㊂Yang等[76]采用等离子体球化技术制备了具有不同孔隙率的8%(质量分数)氧化钇稳定氧化锆粉末㊂此方法制备的涂层导热系数为1.318W/(m㊃K),且涂层中存在孔隙结构,可在1200ħ时有效保护高温合金㊂Wang等[77]采用大气等离子喷涂(APS)技术,在不同的喷涂功率下制备了纳米氧化钇稳定氧化锆热障涂层㊂随着喷涂功率的降低,n-YSZ涂层的孔隙率和纳米结构含量均有所提高㊂最低喷涂功率(22kW)涂层的平均结合强度约为29MPa,热循环寿命约为292次,是最高喷涂功率(42kW)涂层的2倍左右,具有良好的抗热震性能㊂3㊀结语与展望近年来,经过科研人员的不懈努力和探索,多孔陶瓷在隔热领域取得了长足的进展㊂不同类型多孔陶瓷㊀第2期王蒙蒙等:多孔陶瓷隔热材料的研究进展645材料的耐温性能不同,因此环境适应性也有所差异㊂根据不同的使用性能需求,可通过工艺设计来调控多孔陶瓷的孔隙率及孔径结构,进而提升材料的力学㊁热学及电学等综合性能㊂但是由于陶瓷基体材料脆性大,在超高温热冲击下,材料的热稳定性也会发生急剧变化,导致多孔陶瓷隔热材料在某些极限领域的应用仍然受到限制㊂因此,在保留多孔陶瓷材料本身所具有的优异性能的同时,增强材料力学性能和热稳定性能是具有重要意义的课题,如柔性材料的制备及元素掺杂增强法等㊂另外,多孔陶瓷隔热材料的导热机理及热力学匹配度仍需要进一步探索研究㊂参考文献[1]㊀WU J T,CHEN H Y,LUO X,et al.Design,fabrication,microstructure,and properties of highly porous alumina whisker foam ceramic[J].Ceramics International,2022,48(2):2776-2781.[2]㊀CHEN Y,WANG N N,OLA O,et al.Porous ceramics:light in weight but heavy in energy and environment technologies[J].Materials Scienceand Engineering Reports,2021,143:100589.[3]㊀殷加强,郝晶淼,张晚春,等.微乳液模板法制备多孔陶瓷研究进展[J].中国陶瓷,2020,56(5):1-9.YIN J Q,HAO J M,ZHANG W C,et al.Research progress on preparation of porous ceramics via micro-emulsion template[J].China Ceramic, 2020,56(5):1-9(in Chinese).[4]㊀LIU Y,SHEN H L,ZHANG J J,et al.High strength porous ceramics and its potential in adsorption and building materials:a short process toco-disposal secondary aluminum dross and quicklime[J].Construction and Building Materials,2023,395:132292.[5]㊀袁㊀绮,谭㊀划,杨廷旺,等.多孔陶瓷的制备方法及研究现状[J].硅酸盐通报,2021,40(8):2687-2701.YUAN Q,TAN H,YANG T W,Et al.Preparation methods and research status of porous ceramics[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2021,40(8):2687-2701(in Chinese).[6]㊀LI K Z,LUO J,DONG L H,et al.TiN porous ceramics with excellent electrochemical properties prepared by freeze-drying and in-situ nitridationreaction[J].Ceramics International,2022,48(13):19017-19025.[7]㊀NISHIHORA R K,RACHADEL P L,QUADRI M G N,et al.Manufacturing porous ceramic materials by tape casting:a review[J].Journal ofthe European Ceramic Society,2018,38(4):988-1001.[8]㊀孙志强.多孔氧化物陶瓷的可控烧结制备及性能研究[D].北京:中国科学院大学,2018.SUN Z Q.Controllable sintering and performance study of porous oxide ceramics[D].Beijing:University of Chinese Academy of Sciences,2018 (in Chinese).[9]㊀ZHANG B,YANG Y,FAN X L.Processing,microstructure,and properties of porous ceramic composites with directional channels[J].Journalof Materials Science&Technology,2024,168:1-15.[10]㊀ZHU Y,GUO B,ZUO W R,et al.Effect of sintering temperature on structure and properties of porous ceramics from tungsten ore tailings[J].Materials Chemistry and Physics,2022,287:126315.[11]㊀HAN L,LI X J,LI F L,et al.Superhydrophilic/air-superoleophobic diatomite porous ceramics for highly-efficient separation of oil-in-wateremulsion[J].Journal of Environmental Chemical Engineering,2022,10(5):108483.[12]㊀XU S,CHEN L Z,GONG M Q,et al.Characterization and engineering application of a novel ceramic composite insulation material[J].Composites Part B:Engineering,2017,111:143-147.[13]㊀杜翠凤,李利军,王㊀远,等.SiO2气凝胶纤维隔热复合材料的常压制备及性能表征[J].硅酸盐通报,2022,41(12):4406-4411+4418.DU C F,LI L J,WANG Y,et al.Atmospheric pressure preparation and property characterization of SiO2aerogel fiber thermal insulation composites[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2022,41(12):4406-4411+4418(in Chinese).[14]㊀杜浩然,邢益强,李㊀祥,等.纤维和遮光剂对纳米孔粉体隔热材料性能的影响[J].硅酸盐通报,2021,40(10):3257-3264.DU H R,XING Y Q,LI X,et al.Effects of fibers and opacifiers on properties of nanoporous powder insulation material[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2021,40(10):3257-3264(in Chinese)[15]㊀郑㊀彧,韦中华,张㊀阳,等.多孔二氧化锆基隔热材料的制备及性能[J].硅酸盐通报,2020,39(11):3643-3648.ZHENG Y,WEI Z H,ZHANG Y,et al.Preparation and properties of porous zirconia based thermal insulation materials[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(11):3643-3648(in Chinese).[16]㊀LIU R P,XU T T,WANG C G.A review of fabrication strategies and applications of porous ceramics prepared by freeze-casting method[J].Ceramics International,2016,42(2):2907-2925.[17]㊀HWA L C,RAJOO S,NOOR A M,et al.Recent advances in3D printing of porous ceramics:a review[J].Current Opinion in Solid State andMaterials Science,2017,21(6):323-347.[18]㊀HAI O,XIAO X N,XIE Q B,et al.Preparation of three-dimensionally linked pore-like porous atomized ceramics with high oil and waterabsorption rates[J].Journal of the European Ceramic Society,2023,43(10):4530-4540.。
羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势
羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及发展趋势羟基磷灰石生物陶瓷是一种新型复合材料，使用现代生物材料科学与羟基磷灰石生物陶瓷技术结合，可以构筑出具有活性特性的多孔介质，从而实现陶瓷工业可持续发展。
它的应用广泛，主要用于建筑和制造行业、生物医学领域，以及环境保护领域。
本文就羟基磷灰石生物陶瓷的研究状况及其发展趋势进行一个综合性研究。
羟基磷灰石生物陶瓷是一种兼具多种特性的材料，它以陶瓷为基础，并加入复合材料和生物材料，从而获得更强的力学性能、热力学性能、化学稳定性和生物活性性能。
它具有体积和表面稳定性、药物吸收和释放性、耐酸碱性能、高强度、小的质量损失和高的耐热性等优点。
在研究过程中，科学家发现羟基磷灰石生物陶瓷具有很强的结构稳定性，容易控制其结构形貌，可以有效增加羟基磷灰石生物陶瓷的应用范围。
羟基磷灰石生物陶瓷的研究是当今科学家和工程师的一个研究热点，随着研究的深入，羟基磷灰石生物陶瓷正在成为一种耐磨性和可生物降解性质量比较高的材料，可以应用于工程领域。
目前羟基磷灰石生物陶瓷的应用已经向可实现精密设计方向发展，可用于制造与环境保护有关的多孔介质。
同时，羟基磷灰石生物陶瓷在制作类各种可操作的植入体、器械和内置医疗器械等方面，有着广阔的应用前景。
羟基磷灰石生物陶瓷的研究近年来取得了长足的进步，但仍有许多技术难题待解决。
未来，将继续致力于提高材料性能，提高材料结构稳定性，以及实现精密设计，旨在使羟基磷灰石生物陶瓷逐渐成为当下最重要的工程材料和生物材料。
综上所述，羟基磷灰石生物陶瓷的研究成果和发展趋势正在获得长足的进步，它已经成为现代科技发展的重要一环，被充分应用于建筑设备、制造业、生物医学和环境保护等领域。
未来，科学家和工程师将在研究羟基磷灰石生物陶瓷方面继续投入大量资源，并朝着实现精密设计、提高材料性能、提高材料结构稳定性等方向去努力。
多孔陶瓷研究现状
过水蒸气旳蒸发而制得多孔陶瓷。用此措施
制得多孔材料旳优点抗压强度高、性能稳定,
且多孔材料孔径分布范围广。
5、多孔陶瓷旳表征与性能检测
5.1 多孔陶瓷构造表征及其测试
多孔陶瓷旳性能与其孔旳构造参数，如孔隙
率、孔径、孔径分布、孔隙形貌、比表面积
等最基本旳参量有着直接旳关系。其中孔隙
一种领域。薛明俊等人使用羟铝土加入适量
旳造孔剂控制温度, 采用溶胶-凝胶法制备
Al2O3 多孔陶瓷, 并分析了多孔陶瓷旳气孔率、
气孔分布。用So-l Gel 工艺制得多孔陶瓷
孔径分布范围极为狭窄, 其孔径大小可经过
溶液构成和热处理过程旳调整来控制, 是目
前最为活跃旳领域。
冷冻干燥工艺法
冷冻干燥工艺法全名为真空冷冻干燥, 该技
A、古代多孔陶瓷旳应用
主要是用作建筑材料和日常生活器具旳材料。
多孔陶瓷用于建筑材料，主要是多种砖瓦。
砖瓦始于燧人氏和神农氏，“黄帝始设制陶
之官”，“神农作瓦，舜陶于河滨，夏桀臣
昆吾氏作瓦”（《汲冢竹书－周书》，《礼
记·有虞上陶世本云》），已经有旳考古证
据有力旳证明了这些传说和历史旳存在，进
一步证明了多孔陶瓷在我国用于建筑旳历史
达。该指标既是多孔材料中最易取得旳基本
参量，也是决定多孔材料性能旳关键原因。
多孔体中旳孔隙涉及贯穿孔、半通孔和闭合
孔3 种。这3 种孔隙率旳总和就是总孔隙率。
平时所言“孔隙率”即指总孔隙率。在使用
过程中，大多数情况下利用旳是贯穿孔和半
通
一、 显微分析法
即采用扫描电子显微镜或透射电子显微镜对多孔材料进行直接观
多孔陶瓷制备技术研究进展
瓷洌。
部 分烧 结 法常 用于 制 备 Ｓ ｉ 多孑 Ｌ 陶瓷 ， 为 了抑
制烧结过程的致密化 ， 通常选用高熔点和高黏度的氧
化物， 如Ｙ ｂ ２ Ｏ 等作为渤 口 剂。 Ｙ ａ ｎ ｇ Ｊ Ｆ 等人以 — Ｓ ｉ ｇ ． ＇ ｑ ￣ ＋５ ｗ ｔ ％Ｙ ｂ ２ ． Ｏ 为原料制得 多孔氮化硅陶瓷 ， 结果表
促进骨组织的生长［ ９ １ 。很多 电化学设备 ， 如气体净化
器、 气敏传感器 、 燃料 电池和化学分析仪器中的电极
法， 多孔材料按其孔径 ｄ 的分布范 围分为宏孔 （ ｄ ＞
收稿 日期 ： ２ ０ １ ２ ０ ９ — １ ９
通讯联系人 ： 戴培贽， Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ： ｑ ｄ ｕ ｄ ｐ ｙ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
《 陶瓷 学 报 ） ） ２ ０ １ ３年 第 １ 期
材料都是多孔陶瓷ｎ 川 。 电子陶瓷的性能与孔隙率的大 小和气孔形貌有关 ， 因此多孔陶瓷在各种电子设备中
源 等人 以亚微 米 级 陶瓷粉 体 为原料 ， 采用 冷等静 压 成
型 和部 分烧 结制得 了 系列孔 隙 率的多孔 锆钛酸 铅
多孔 陶 瓷 制备 技术 研 究进 展
戴培 赞 王泌 宝 李晓丽
（ 潍坊 工 商职 业 学院机 电工程 系， 山 东 诸城 ２ ６ ２ ２ ３ ４ ）
摘 要
多孔陶瓷在过滤器 、 热交换器 、 催化剂载体和压 电器件等领域具有广阔的应用前景。本文重点总结了近年来多孔 陶瓷各种制
备 工艺的最新进展 ， 简 要介绍 了多孔陶 瓷的分 类和应 用 ， 并讨论 了开发 多孔 陶瓷的潜 在应 用和提 高其应 用性 能要解决 的主要
袁辉 平 等人 以 Ｚ ｒ Ｏ 、 Ｂ ４ Ｃ和 Ｃ 为 原料 ， 利 用碳还 原 法
多孔质生物陶瓷
陶瓷生物医用材料——多孔质生物陶瓷生物医学材料是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，对人体组织不会产生不良影响的材料。
生物材料大体分为金属、高分子合成材料和陶瓷三类，近年来使用复合材料的场合增多，可列为第四类。
在过去的50年间生物材料的发展经历的一下几个阶段：第一阶段是从20世纪60、70年代，这一阶段设计的生物材料主要是惰性的，或者说是不与人体发生反应的，此为次一代生物材料。
到20世纪90年代，这一概念之间被第二代生物材料，即生物活性材料所替代，生物活性材料能与人类发生积极的相互作用，促进组织局部愈合。
随着生物技术的发展，不同学科的科学家进行了广泛合作，从而使制造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。
人体组织和器宫的修复，将从简单的利用器械机械固定发展到再生和重建有生命的人体组织和器宫。
现在世界上换用人工器官病人的敛目越来越多。
据1982年统计6每午在体内植入心脏起搏器的为5万人，累计100万例。
人工血管累计10万例，人工阀门累计20万例．人工肺累计11万例，人工肾累计10万例。
正是因为人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。
人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求，激发了对生物材料的需求。
生物材料是一种与生物系统相互接触后可以对生物体的组织、器官或功能进行诊疗、可增或可替代的材料。
生物材料从第二次世界大战发展至今，已经成为一门涵盖基础生物学、医学、工程学和材料学在内的范围很广的交叉学科。
虽然生物材料是一门相对较新的学科，但是其起源去可以追溯到几千年前。
考古学家曾发现早在公元200年前即使用金属假牙的人体遗骸，而亚麻也早被古埃及人用作手术缝合线。
但是生物材料学科的迅猛发展确实在第二次世界大战之后醉着战争用合成材料的广泛应用才开始的。
生物医用材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。
多孔陶瓷调研报告
多孔陶瓷调研报告多孔陶瓷调研报告导言多孔陶瓷是一种由陶瓷材料制成的具有开放性微孔结构的材料。
由于其独特的特性，多孔陶瓷在各个领域都有着广泛的应用。
本报告旨在对多孔陶瓷进行深入调研，探讨其性能特点、应用领域以及未来发展前景。
一、多孔陶瓷的性能特点多孔陶瓷具备以下几个显著的性能特点：1. 高孔隙率：多孔陶瓷具有高度开放的微孔结构，其孔隙率通常在30%至60%之间。
这种高孔隙率为多孔陶瓷提供了优异的吸附、吸附和催化性能。
2. 轻质高强度：由于其低密度和高孔隙率，多孔陶瓷具备轻质高强度的特点。
这使得它成为许多领域中的理想材料，例如航空航天、汽车制造和建筑等。
3. 良好的生物相容性：多孔陶瓷具备优异的生物相容性，适用于各种生物医学应用，例如人工关节、骨修复和牙科材料等。
二、多孔陶瓷的应用领域多孔陶瓷在各个领域都有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 过滤材料：多孔陶瓷的高孔隙率和具备精细的孔隙结构使其成为优良的过滤材料。
它可用于水处理、空气过滤和化学品分离等领域。
2. 催化剂载体：多孔陶瓷可作为催化剂的载体，通过增大表面积和提供更多的活性位点来提高催化效果。
它广泛应用于化学合成、环境保护和能源领域。
3. 生物医学材料：多孔陶瓷在人工关节、骨修复和牙科材料等生物医学应用中具有潜力。
其生物相容性和良好的机械性能使其成为替代传统材料的候选。
三、多孔陶瓷的发展前景多孔陶瓷作为一种具有广阔前景的材料，仍有许多挑战和潜力需要克服和开发。
1. 优化孔隙结构：进一步优化多孔陶瓷的孔隙结构，以满足不同领域的需求，例如更精细的过滤、更高效的催化和更好的生物相容性。
2. 制备技术的改进：研究开发更高效、经济的多孔陶瓷制备技术，以降低成本并提高产能。
3. 新型应用领域的探索：寻找新领域对多孔陶瓷应用的可能性，例如电池和储能、光催化和光伏等。
结论多孔陶瓷作为一种具有高孔隙率、轻质高强度和良好生物相容性的材料，具备着广泛的应用前景。
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实验也证实了上述观点. 同时我们得出这样的
结论: 骨密质组织的成骨作用最强， 髓组织最弱， 骨 骨松质组织贝 于两者之间。 [ I 多孔生物陶瓷的三大微结构对细胞的侵入 松质骨 一
密质骨
用有着密切的相关性。其中二项指标最为重 要，即材料的强度和弹性模量，而多孔生物陶 瓷的孔隙量又对材料的力学性能有着直接影
同时又具备 良 好的生物力学特征，故在临床上越 来越受到重视。目前，多孔生物陶瓷主要是用来
做为骨的填充材料和一些小范围的假体，而越来
越多的人开始利用多孔生物陶瓷来作为人体细胞
和 生长因子的支架物 ，以达到加快体 在材料的制作工艺，生物相容性评
孔的连接桥和孔隙量. 根据孔径大小， 又可分
为微孔 ( 直径小于 10 微米) 、小孔 ( 直径介 于 10 至 100 微米之间) 、中孔 ( 直径介于 100 至 500 微米之间) ，大孔 ( 直径大于 500 微米 以上) 。这些结构的生物效应也有所不同。微 孔和微连接桥直接影响材料的降解，而其余则 直接影响组织在材料中的生长。孔的形状和孔 隙量的多少对材料的力学强度有直接关系。较 多的研究结果表明: 含孔隙量40- 50%为最佳， 孔径为 100- 300 微米最适合于骨组织的形成， 在此我们着重研究了连接桥的大小对骨组织生 长的影响，发现 20- 50 微米的连接桥能使成骨 细胞长入并形成类软骨样组织和成骨样组织， 而大于 50 微米，方可形成矿化骨组织。 对生物材料的评价大致有这几个方面: 一，细胞毒性试验; 二，生物相容性试验; 三， 在机体内的生物效应评价; 四，生物力学评价。
细胞的吞噬。其降服速度为: 。- TCP> 0 一 TCP>HA 。在一般情况下，0 - TCP 在体内6
个月至 1 年将降服消失，而 HA 的降服速度则 为每年2- 5%或每月 15 微米的深度， 这说明HA
的降服率是极其微量的。我们的实验中，二类
多孔生物陶瓷均未发现破骨细胞和较多的吞噬
细胞。故我们认为烧结而成的多孔生物陶瓷的 降服主要是依靠液体的溶解。另外，在不同的 骨组织中材料的降服情况又有不同: 骨髓组织 中解服速度最快，密质骨组织中最慢，而骨松 质组织则介于两者之间. 多孔生物陶瓷力学特征与其在临床上的使
775 .
价手段等诸多方面存在有一定的欠缺，所以在
相当 长的一段时间内 未被人们所重视， 直至 70
年代初，Hanch 博士发现了生物陶瓷的良好生
物相容性在医学领域中的利用价值。Klawit er t
在我们的研究中，使用了小鼠成纤维细胞 对多孔生物陶瓷进行体外细胞毒性试验，结果 显示磷酸三钙 ( TCP) 和梭基磷灰石 (HA) 多 孔生物陶瓷均无细胞毒性作用。在另一项实验 中，我们将人体成骨细胞培养在多孔生物陶瓷 的表面，结果显示成骨细胞可通过孔与孔的连 接桥进入孔内，并在内增殖。同时也表明这二 种多孔生物陶瓷对成骨细胞有很好的生物相容 性. 在动物的骨植入试验中，在术后 20 天我 们发现植入骨髓组织中的材料表面形成了一层 纤维包膜，磷酸三钙多孔生物陶瓷表面的纤维 膜明显厚于狡基磷灰石。但随时间的延长，磷 酸三钙表面的纤维包膜逐步消失，而狡基磷灰 石表面在术后 8 周依然存有纤维包膜。但在骨 松质和骨密质中，植入材料表面未发现有纤维 包膜形成，这种现象提示我们骨翻组织对异物 反应较其他组织更为敏感，因此我们可利用骨 做组织来评价生物材料在体内的生物相容性。 众多研究显示，多孔生物陶瓷只具备骨的 传导作用 ，当这类陶瓷参入骨细胞，骨髓干细 胞和生长因子才具备了骨的诱导作用，我们的
料结合人体细胞或生长因子对人体组织进行重
加温至 600℃左右. 使支架物气化消失，形成 多孔结构，最后在 1100--1300℃的高温下烧结 而成多孔生物陶瓷. 多孔生物陶瓷的微结构主要包括孔、孔与
建，也就是说，使生物材料具备了生物活性。 这也是近年来，在生物材料研究领域中，人们 最为关注的一项课题; 第三阶段也是生物材料 发展的未来，即利用分子生物学手段，从而达 到在体外或体内进行组织或器官的复制。 在众多生物材料中，其中有一类材料己受 到人们的广泛重视，并得到临床医生们的青睐， 这就是多孔生物陶瓷。它具有无毒性，良 好的生 物相容性和力学强度，并能在体内降服吸收。 生物陶瓷已有 70 多年的历史，早在 1920 年， Albee 医生就使用了 磷酸三钙进行动物实 验，结果显示骨组织与材料有良 好的相容性.
响。 ( 见下表)
多 孔 生 物 陶 瓷
5% 45% 15 ^ -30
含孔量
60 %
10
力学强度 ( MPa)
弹性模量 (GPa)
1^ -7
0.07^ -0.08
巧0
15 ^ -2 0
150 0 .0 15
0 .0 0 2 - 0 .0 0 4
总而言之，多孔生物陶瓷无毒性，生物相容 性好， 组织能长入其中， 并能在机体内降解吸收，
法: 一， 利用天然材料的多孔结构( 如珊瑚石) ， 经化学和烧结处理形成多孔生物陶瓷。二，利
用人工合成的按基磷灰石和磷酸三钙的粉未， 配制成混悬液，灌注入预备好的多孔支架物内 ( 如海绵状物质) ，使其干燥成型; 或粉未与 填充支架物混合，加压成形，随后，将成形物
要是利用生物材料对人体组织进行修复; 第二 阶段从 0 年代初开始，科学家们应用生物材
第 18 卷
V o l . 18
材 料 科 学 与 工 程
Mater als Science & Engineer ng i i
增刊 Sep.2000
多孔生物陶瓷的研 究进展
卢建熙
( 法国马赛地中海大学牙科医学院) 生物材料是指在医学领域中使用的一种无 生命的材料，并且又能和机体组织相容. 这是
教授对多孔生物陶瓷的微结构的生物效应进行
极为重要，即孔和孔与孔的连接桥。有研究结 果表明: 孔径大于 10 微米，能使细胞进入孔 内，15 - 50 微米可形成纤维组织，50 100 微 米可形成类骨样组织，而大于 150 微米以上， 在孔内方可形成矿化骨。我们的实验结果显 示: 连接桥在 20- 50 微米之间，能使成骨细胞 长入并形成类软骨组织和成骨样组织。 多孔生物陶瓷降解主要通过液体的溶解和
了 详细的 述， 1979 年， 阐 在 Snyder 医生 首先
使用了多孔生物陶瓷治疗骨科疾病。
一门新型交叉科学、它涉及到材料学，固体和
液体力学、化学、解剖学、生物细胞学、外科
多孔生物陶瓷的制作，常见的有二种方
学等多种学科。它具有广泛的开发前景，并能
产生巨大的经济效益. 据世界卫生组织的统 计: 1986 年全球使用的生物材料价值约 35 亿 美金，1996 年为 94 亿美金，而 1998 年己达到 了250 亿美金。因此，这门科学己受到众多发 达国家的重视，生物材料的发展大致可分为三 个阶段: 第一阶段从 60 年代初到 90 年代，主