多孔陶瓷

着8种堆积可能性，配位数分别为6、8、 10及两种12(角锥形配位和四面体配位)。
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理论计算的气孔率分别为47.6％、 39.6％、30.2％和25.95％(两种情况)。
材料成型时的振动、加压、添加
剂的用量等对最终气孔率影响很大。
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②平均孔径、最大孔径和孔道长度
多孔陶瓷的平均孔径可以用水银压入
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当多孔陶瓷的孔径小于气体分子平 均自由程时，不同气体具有不同的渗透
能力，利用多孔陶瓷的这一特点，可选
择性地分离某一反应生成的气体产物，
而使反应速度加快。
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5.4 作敏感元件
利用多孔陶瓷探头制成的土壤水分测定 装置，可快速测出土壤中的水分变化，其 探头的灵敏度取决于材料的气孔率及孔径。 多孔陶瓷片两侧镀覆电极后，插入土
电压，提高电解效率，节约电能和贵金属
电极材料铑的消耗，效率可提高50％以上。
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在高效电池中，多孔陶瓷作为碱性电池 隔膜也已取得成功。 例如，采用微孔玻璃质烧结体可透过 28nm的水分子又可阻止43.4nm的水化钠离 子及36.8nm的水化氯离子的通过。
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5.6 降低噪声
利用多孔陶瓷的孔道阻尼作用可使高 速排气管的排气速度降低。如排气速度降
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陶瓷料浆的组成
Al2O3 Cr2O3
原料 一般含量/ %
膨润土 0.1~12 0.5~2
高岭土
AlPO4
40~95 1~25 10~17
0.1~12 2.1~25 2~5 12~17
较好含量/ % 45~55
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4、多孔陶瓷的形成机理
(1) 利用骨料颗粒的堆积，粘接形成多
孔陶瓷。 多孔陶瓷形成过程中，传质过程是不 连续的。骨料颗粒间的连接主要有以下两 种方式：
的收缩。
因此，添加剂的种类、数量、烧成 温度、时间、气氛等因素均对材料的孔 结构产生影响。
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添加剂量增多时，气孔率及平均孔径
都会减少；
烧结温度过高或烧结时间过长，形成 的液相会填充孔隙，也会降低气孔率或形
成闭气孔。
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(2) 利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷
料浆，而后在高温下燃尽载体材料而形成
孔隙结构。
壤中，土壤含盐率的高低将由陶瓷片的电
阻值变化而反映出来。
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利用多孔陶瓷吸附湿气的性能而制成 的湿度传感器已实际应用。
多孔陶瓷用作测量压力及红外发射、
吸收等元件，也是当前研究开发的课题。
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5.5 作为隔膜材料
在电解法生产双氧水工艺中，用多孔 陶瓷作为阳极隔膜，控制其孔径小于
0.5um及渗透性指标，可大大降低电解槽
要高气孔率的情况下，往往在配料中加入
碳粉、碳黑等。这些物质在高温下燃烧挥
发而留下孔隙。
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利用该法可制各出气孔率高于60％的
多孔陶瓷。
另外，添加可燃尽物质的数量和尺寸， 将对材料的气孔率、最大孔径会产生影响， 并降低材料的强度。
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(４) 利用材料的热分解、相变、
离析而形成小孔隙。
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5 多孔陶瓷的应用
其中，骨料包括Al2O3、SiC和玻璃等。
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成孔剂分为可燃性物质(如碳粒)和高 温时分解产生气体的物质(如碳酸钙)。 在烧结时成孔剂分解，逸出气体起发 泡作用，形成连通开孔。
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粘结剂在烧结时熔融，形成液相烧结， 将骨料颗粒结合起来；同时，在骨料之间形 成孔隙。 粒状多孔陶瓷除气孔率较大外，同一般
在多孔陶瓷材料两侧存在一定压力差 的条件下，材料的渗透能力指材料透过流
体的能力，一般用透气度或渗透率来表征。
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3、多孔陶瓷的制备
3.1 粒状陶瓷的制备 3.2 蜂窝陶瓷的制备
3.3 泡沫陶瓷的制备
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3.1 粒状陶瓷
一般是将粒状陶瓷骨料和玻璃质、粘 土质粘结剂与成孔剂混合、成型、干燥、 烧成。
多孔材料用于气体过滤时，被滤阻
的粒子尺寸为最大孔径的1／20。
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多孔陶瓷的孔道形状复杂而无规则，
因此毛细管的实际长度大于材料的厚度， 两者之比称为扭曲度，用符号表示。
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以球体的堆积为例，两维的扭曲度：
(

2
)
2
实际上，多为l ~ 3，它可以通过测 量电阻而推算出来。
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③渗透能力
低1/2，则噪声衰减24dB。
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5.7 用于布气
孔径为10 ~ 600um的多孔陶瓷用于化工、冶 炼等过程，可增大气液反应接触面而加速反应。 目前城市废水处理的活性污泥法中，已使用 了大量多孔陶瓷管或多孔陶瓷板进行布气。
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如采用聚氨酯泡沫塑料作为多孔载体，
可以制成孔结构与原泡沫塑料相同的泡沫
陶瓷。
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根据需要，可选用不同孔结构的载体。 选用载体时，应遵循的原则是，载体有 足够的弹性和强度，可以支撑所吸附的湿物
料而不致于使孔闭合。
料浆干燥后，生坯在较低温度下进行排 塑，这时升温速度应缓慢，以防泡沫塑料过 快燃尽而使孔坍塌。
法、气泡法等方法来进行测试。 测试的基本原理是假设材料孔道均为
理想毛细管，流体在外力作用下，通过毛
细管时，将遵循下式：
12
4 cos D P
式中，D--毛细管直径； --流体的表面张力； P--使流体通过毛细管所需之压力; --流体的材料的浸润角。
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一般认为，多孔材料用于液体过滤 时，被滤阻的粒子尺寸为最大孔径的1/10；
②精密气动装置或液压装置中利用孔径
约为20um的陶瓷过滤器，可去除对装置有 害的微粒；
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③用陶瓷多孔管作尘埃阻滤元件,可测 定1000℃高温烟气中0.5um以上的尘埃； ④利用碳化硅制成的孔径约40um的多
孔陶瓷可用于核电站中低放射性废弃物燃
烧处理时的过滤；
⑤以最大孔径为0.9um的多孔陶瓷过
滤管可除去饮料及药液中所含的大肠杆菌。
骨料颗粒堆积、粘接而形成的多孔陶瓷
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一般来说，利用骨料颗粒的堆积、粘接 所形成的多孔陶瓷材料中，有下面的规律： 骨料颗粒尺寸越大，形成的平均孔
径越大；
骨料颗粒尺寸分布范围越窄，所得到 的多孔陶瓷微孔的分布就越均匀。
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由于添加剂与骨料间可能发生固相
反应、扩散、液相浸润、液相反应等相
互作用，使多孔材料在烧成时产生一定
多孔陶瓷
1、概 述
2、表征多孔陶瓷材料特性参数
3、多孔陶瓷的制备
4、多孔陶瓷的形成机一种经高温烧成、体内具有 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，几乎目前研制
及生产的所有陶瓷均可以通过适当的工艺
制成多孔体。
2
根据成孔方法和孔隙结构，多孔陶瓷可 分为三类： ①粒状陶瓷； ②泡沫陶瓷；③蜂窝陶瓷。
陶瓷烧结体无大差别。
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3.2 蜂窝陶瓷
蜂窝陶瓷是采用机械加工方法制成许
多平行直线开孔，孔径1~10mm的薄壁多 孔结构。
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3.3 泡沫陶瓷
泡沫陶瓷的制造方法略有别于一般陶瓷
工艺，它采用特别严密的软质泡沫塑料 (如聚氨酯)为载体，进而加工成所需形状、 尺寸等。
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有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原
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待泡沫塑料燃烧挥发后，再以较快速
度升温，高温下陶瓷物料烧结，但仍保持
了原有骨架而生成所需的泡沫陶瓷。 这样制备的多孔陶瓷，气孔率可达80 ％～90％。
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(3)利用某些外加剂在高温下燃尽或挥 发而在陶瓷体中留下孔隙。 通常由颗粒堆积而形成的多孔陶瓷的
气孔率的实际范围为25％~35％，因此在需
5.1 在金属熔体过滤净化技术中的应用 5.2 精过滤技术在其他领域的应用 5.3 作催化剂载体 5.4 作敏感元件 5.5 作为隔膜材料 5.6 降低噪声 5.7 用于布气
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5.1 在金属熔体过滤净化技术中的应用
因为泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷等多孔陶瓷材
料具有过滤面积大、过滤效率高的特点， 因此，在金属熔体过滤净化技术中，泡沫 陶瓷作为一种新型高效过滤器，得到人们 的重视。
陶瓷的气孔率列于下表。
多孔陶瓷 气孔率/% 泡沫陶瓷 蜂窝陶瓷 粒状陶瓷结体 80~90 70 30~50
3
根据孔径大小，陶瓷可分为1000 um
到几十微米的粗孔制品、0.2 ~ 20 um的微
孔制品和0.2 um到几纳米的超微孔制品。
4
多孔陶瓷材料的特性
①化学稳定性好；通过材质的选择和工 艺控制，可制成适用于各种腐蚀环境的多孔
连气孔晶胞结构，能提供97％的空隙体积。
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陶瓷粉末必须混合成触变形料浆，即 流动时比静态时粘度较低。
这种触变形有利于泡沫纤维的适宜涂
覆，而且没有过量的排液。
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陶瓷料浆组成，通常为固体粉末(％ 重量)＋10％～40％水。 为了获得更好的性能，可分别添加 ＜15％的莫来石、二氧化锆、氧化镁。 一种陶瓷料浆的组成，见下表所示：
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① 依靠添加与其组分相同的微细颗粒，
利用其易于烧结的特点，在一定的温度下， 将大颗粒连接起来。
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②使用一些添加剂，它们在高温下或能 生成膨胀系数和化学组分与骨料相匹配又
能与骨料相浸润的液相，或是能与骨料间
发生固相反应将骨料颗粒连接。
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每一粒骨料仅在几个点上与其他颗粒发生连接 (见下图)，形成大量的三维贯通孔道。
陶瓷；
②具有良好的机械强度和刚度；在气压、
液压或其他应力负载下，多孔陶瓷的孔道形
状和尺寸不会发生变化；
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③耐热性好，用耐高温陶瓷制成的多
孔陶瓷可过滤熔融钢水或高温燃气；
④具有高度开口、内连的气孔；
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