生物形态多孔SiC 陶瓷

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剖面分析显示SiC 的微观形貌、孔 径排列和分布与碳模板相似 质量的损失和各向异性的收缩并不 会改变生物物质的微观结构
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以木材为模板制备多孔SiC 陶瓷
木材为天然形成的具有各向异性结构的复合体，其 管胞沿轴向的优先取向为利用各种渗入技术将木材 转变为具有所需结构和功能的多孔陶瓷提供了可能， 可以用作模板制成具有类似木材微观、介观和宏观 结构的蜂窝陶瓷。
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高粱经高温处理后碳模板外观形貌 高粱碳模板呈类球形，颗粒直径约为 3mm，基本保持了高粱的外观形貌
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碳化处理后，保持了高粱的蜂窝状细胞 结构，内部由大小不同的圆形或椭圆形 孔组成，孔道相连
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SiC
Relative Intensity
SiC
SiC
10
20
30
40
50
60
70
80
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其关键技术在于造孔剂的种类和用量控制。
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有机泡沫浸渍法
有机泡沫浸渍法是借助有机泡沫体具有的开 孔三维网状骨架结构，将混合好的陶瓷浆体 均匀的涂覆于有机泡沫网状体，干燥后烧掉 有机泡沫体而获得网眼多孔陶瓷泡沫体。
多孔陶瓷体的孔尺寸主要取决于有机泡沫体 的孔尺寸。
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Flow chart for the fabrication process of porous --S--i-C精品ce文r档a-m--i-c--with oak wood microstructure
以竹子为模板制备多孔SiC 陶瓷
木材相比，竹子具有生长速度快、组织结构 简单、抗弯强度高的特点。
竹炭的孔隙包括大孔隙、中孔和微孔，比表 面积可达360m2/g，是普通木炭的2-5 倍， 其丰富的孔隙分布和高比表面积使其具有良 好的吸附特性，可作为吸附制件、催化剂载 体的理想选择。
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竹子、竹炭和SiC 多孔陶瓷的断口形貌 SEM images of bamboo, carbonized bamboo and SiC porous ceramic
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传统工艺缺点
品孔尺寸很不均匀 孔径分布范围较宽 孔结构形态难以控制 孔排列杂乱无序 而且都需要添加剂，无法避免陶瓷相的污染
问题。
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天然植物转化为生物形态的多孔陶瓷
植物在长期的进化演变过程中， 形成了完美独特的结构组态：
多级分布的管状或胞状结构 发达的孔隙和排列有序的孔道 孔径分布从纳米级到毫米级
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向日葵髓芯的SEM照片
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玉米秆芯的SEM照片
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高粱杆芯的SEM照片
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生物形态SiC 陶瓷的制备
将植物干燥，然后在惰性气氛中高温热解，将植物 转化为碳模板。在热解过程中，由于生物聚合物的 分解，释放出H2O、CO2、CO 等轻物质，而组成 细胞壁的高聚物重新聚合，转化为碳骨架。与原始 植物相比，碳模板有70-90% 的失重和各向异性 的收缩。
液相渗硅 张荻等人以白松、黑胡桃木和水曲柳等植物结构为
模板，预处理后经硅树脂浸渍与耦合处理，制备具 有保持植物纤维原始形态的多孔碳化物陶瓷
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white pine wood白松木
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black hickory黑胡桃木
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通过不同的硅化过程将碳模板转化为SiC，如气相 渗硅、液相渗硅以及溶胶凝胶- 碳热还原等方法。 目前，主要针对高粱、木材和竹子进行了研究。
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以高粱为模板制备多孔SiC 陶瓷
高粱外表呈球形或椭球形，其颗粒直径约 4mm，内部由不同大小的细胞组成，热解 转化为碳模板后，细胞壁形成碳骨架，碳模 板内部呈多级体系的蜂窝状结构。
发泡法
发泡法是通过添加有机或无机化学物质，经 过特殊工艺处理后形成挥发性气体而产生泡 沫，然后经干燥和烧成制备多孔陶瓷。
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溶胶- 凝胶法
溶胶- 凝胶法主要利用凝胶化过程中胶体粒 子的堆积以及凝胶处理过程中残留的小气孔， 形成多孔结构。
缺点是采用大量的有机物，成本高，产量低。
Manchurian ash水曲柳
-椴木木炭和多孔SiC 的SEM 照片对照
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先将橡木转化为 碳模板，然后将 模板放入坩埚， 坩埚底部装有Si粉， 升温至15001600℃，熔融的Si 变成气态，通过 碳模板的孔洞， 反应后形成SiC。以橡木为模板制备多孔SiC 陶瓷的工艺流程
简析生物形态多孔SiC 陶瓷
飞雾流雪
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多孔SiC陶瓷传统制备工艺
分类
添加造孔剂法 有机泡沫浸渍法
发泡法
溶胶- 凝胶法
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添加造孔剂法
添加造孔剂法利用了造孔剂的占位，对陶瓷 坯体烧结，致使造孔剂离开基体而形成气孔。
造孔剂一般为无机的可燃性物质或高温时分 解产生气体的物质（如碳酸铵），和有机的 天然纤维、高分子聚合物或有机酸。