多孔陶瓷的制备及性能分析
多孔碳化硅陶瓷及复合材料的制备与性能共3篇
多孔碳化硅陶瓷及复合材料的制备与性能共3篇多孔碳化硅陶瓷及复合材料的制备与性能1多孔碳化硅陶瓷及复合材料的制备与性能随着科学技术的发展和人们对环境保护的重视，传统陶瓷材料的应用范围已经不能满足人们的需求。
多孔碳化硅材料凭借其高度的化学稳定性、热稳定性和机械强度等优良性能，在高级材料领域应用广泛。
本文将介绍多孔碳化硅陶瓷的制备方法以及其在新材料领域的应用。
一、多孔碳化硅陶瓷的制备方法多孔碳化硅陶瓷的制备方法包括两种：一种是传统的陶瓷制备方法，一种是新型的多级微波制备方法。
1. 传统制备方法传统的多孔碳化硅陶瓷制备方法包括高温烧结和化学气相沉积两种。
高温烧结法是将混合了碳化硅粉末和其他添加剂或者硅的混合粉末，在高温下进行烧结得到多孔碳化硅材料。
化学气相沉积法是将氯化硅等硅源及碳源放入炉中进行化学反应，最终得到多孔碳化硅材料。
2. 多级微波制备方法多级微波制备法是指通过微波辐射、干燥和碳化构成，形成多孔碳化硅陶瓷材料。
首先将硅源和碳源均匀混合，然后使用微波辐射干燥，在多个微波腔中进行碳化反应，最终得到多孔碳化硅陶瓷材料。
二、多孔碳化硅陶瓷的性能分析1. 化学稳定性多孔碳化硅材料具有很好的化学稳定性，能够抵御酸、碱等强化学腐蚀，不会被氧化、退化，可长期使用于高温、高压等恶劣环境下。
2. 热稳定性多孔碳化硅材料热稳定性较高，耐热温度高达1500℃以上，不易熔化或瓦解，能够在高温下保持稳定结构和性能。
3. 机械强度多孔碳化硅材料具有很高的机械强度，能够承受很大的压力和载荷，保持长期的强度稳定性。
三、多孔碳化硅陶瓷复合材料的应用多孔碳化硅陶瓷复合材料是指将多孔碳化硅材料与其他材料（如金属、聚合物等）复合，形成性能更为优异的材料。
多孔碳化硅陶瓷复合材料具有多孔材料的高孔隙率和复合材料的高强度、高稳定性等优点，广泛应用于先进制造技术、光伏、半导体等领域。
结论多孔碳化硅陶瓷是一种具有高度化学稳定性、热稳定性和机械强度等优良性能的新型材料，在复合材料中具有广泛的应用前景。
多孔陶瓷制备及应用
多孔陶瓷制备及应用多孔陶瓷是一种具有特殊结构和性能的陶瓷材料，它具有较高的孔隙率和均匀分布的孔隙结构，广泛应用于过滤、吸附、催化、电化学和生物医学等领域。
下面我将从制备方法和应用领域两个方面来介绍多孔陶瓷。
一、制备方法多孔陶瓷的制备方法主要有三种，包括模板法、聚结剂法和发泡法。
1.模板法是一种常用的制备多孔陶瓷的方法。
它的原理是利用某种模板材料(如聚合物微球、泡沫等)作为模板，通过固化、烧结等工艺将模板材料与陶瓷材料结合在一起，然后通过热处理或溶解模板材料，得到具有孔隙结构的多孔陶瓷。
模板法制备的多孔陶瓷具有孔隙分布均匀、孔径可控的特点。
2.聚结剂法是一种通过添加聚结剂来制备多孔陶瓷的方法。
聚结剂可以提高陶瓷颗粒之间的粘结力，使得陶瓷颗粒形成一定的孔隙结构。
常用的聚结剂包括有机胶体、胶粘剂等。
聚结剂法制备的多孔陶瓷具有较高的强度和较好的耐磨性。
3.发泡法是一种通过气泡或气体在陶瓷浆料中的分散和膨胀，形成孔隙结构的方法。
发泡法制备的多孔陶瓷具有孔隙分布均匀、孔隙率高的特点，适用于制备高孔隙率的多孔陶瓷。
二、应用领域多孔陶瓷具有许多独特的性能，因此在各个领域都有广泛应用。
1.过滤材料：多孔陶瓷具有较高的孔隙率和良好的孔隙结构，可以作为过滤材料应用于液体和气体的过滤领域。
例如，多孔陶瓷可用于海水淡化、饮用水净化等领域。
2.吸附材料：多孔陶瓷具有大表面积和孔隙结构，可以作为吸附剂用于气体和液体的吸附。
例如，多孔陶瓷可以用于吸附有害气体、重金属离子等。
3.催化剂：多孔陶瓷具有较高的比表面积和孔隙结构，可用于负载催化剂，提高催化反应的效率和选择性。
例如，多孔陶瓷可用于汽车尾气催化转化等。
4.电化学材料：多孔陶瓷具有良好的导电性能和化学稳定性，可用于燃料电池、超级电容器、锂离子电池等电化学器件的支撑材料。
5.生物医学材料：多孔陶瓷具有较好的生物相容性和机械稳定性，可用于骨修复、组织工程等方面。
例如，多孔陶瓷可用于骨组织修复、人工关节等。
多孔陶瓷材料的制备与力学性能分析
多孔陶瓷材料的制备与力学性能分析一、引言多孔陶瓷材料因其优异的力学性能和广泛的应用领域备受关注。
本文旨在介绍多孔陶瓷材料的制备方法和针对其力学性能进行的分析研究。
二、多孔陶瓷材料的制备方法1. 聚合物泡沫模板法聚合物泡沫模板法是一种简便有效的多孔陶瓷材料制备方法。
首先，选取适合的聚合物泡沫作为模板，将其浸渍在陶瓷浆料中，使其吸收浆料。
然后，通过烧结和模板燃烧两个步骤分别实现泡沫的烧结和模板的去除，最终得到多孔陶瓷材料。
2. 空位控制法空位控制法是一种通过控制陶瓷材料内部的空隙分布来制备多孔陶瓷材料的方法。
通过合适的材料选择和特定的配方，使得陶瓷材料在烧结过程中形成均匀分布的空隙。
这些空隙不仅能够降低材料的密度，还能够提高材料的韧性和抗冲击性能。
三、力学性能分析1. 压缩性能多孔陶瓷材料的压缩性能是其重要的力学性能之一。
通过应用力学测试方法，可以对多孔陶瓷材料在不同载荷下的变形行为进行研究。
实验结果表明，多孔陶瓷材料的压缩变形主要表现为两个阶段，即线弹性阶段和塑性阶段。
线弹性阶段受材料内部的微观结构和孔隙的分布控制，而塑性阶段则受材料的界面相互作用和孔隙的塌陷程度影响。
此外，多孔陶瓷材料的压缩性能还与其孔隙率、孔径大小和孔隙结构等因素密切相关。
2. 弯曲性能多孔陶瓷材料的弯曲性能是评估其在应力作用下的变形和破坏行为的重要指标。
通过三点弯曲测试等方法，可以研究多孔陶瓷材料在弯曲载荷下的应力分布、变形行为和破坏机制。
研究表明，多孔陶瓷材料在弯曲载荷下呈现出明显的脆性破坏特征，弯曲强度与孔隙率呈负相关。
此外，控制材料内部的孔隙结构和孔径大小可以显著影响多孔陶瓷材料的弯曲性能。
3. 抗冲击性能多孔陶瓷材料的抗冲击性能是其在受到冲击载荷下的抵抗能力。
通过进行冲击实验，可以研究多孔陶瓷材料在不同速度下的应力应变行为和破坏机制。
实验结果显示，多孔陶瓷材料的抗冲击性能随着孔隙率的增大而增加，而抗冲击强度则受材料的孔径大小和孔隙结构的影响。
多孔陶瓷的制备和性能研究
多孔陶瓷的制备和性能研究陈艳林1 严海标1 冯晋阳2(1湖北工业大学 武汉 430068) (2武汉理工大学硅酸盐实验中心 430070)摘 要 选用普通陶瓷原料粉为主要原料,适当添加造孔剂(有机细粉碳黑)和高温活性剂,制备出一种性能优良的多孔陶瓷。
通过扫描电镜及性能测试分析,探讨了多孔陶瓷的微观结构及性能的影响因数。
关键词 多孔陶瓷 气孔率 微观结构 前言多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料,也可称为气孔功能陶瓷,其具有密度低、气孔率高、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长等优点,能在较大温度范围内正常使用,适用于饮料、酿酒、医药、食用油、污水处理、石油化工、催化剂载体,以及环保等领域的各种超精密和无菌过滤。
实际上,人们在很早以前就已经开始使用多孔陶瓷材料了。
比如,人们使用活性碳吸附水分、吸附有毒气体,用硅胶做干燥剂,利用泡沫陶瓷做隔热耐火材料。
在热工上利用其多孔、耐热、耐腐蚀等性能,用作隔热材料;在化工中用作催化载体、过滤及分离装置等。
多孔陶瓷成本低廉,制造工艺简单且性能优良,具有广阔的发展空间。
根据使用目的和对材料性能的要求,人们已经成功地开发出多种制造多孔陶瓷的生产工艺,如机械挤出成孔、添加造孔剂、发泡、有机泡沫体浸渍、溶胶-凝胶工艺等。
如果多孔陶瓷要具备匹配的其他性能,尤其是骨架性能,则还需从这种综合陶瓷材料的制备考虑。
笔者利用普通陶瓷原料粉为主要原料,适当添加有机造孔剂和高温粘结剂,用普通烧结方法制备出气孔率大、气孔分布均匀、抗压强度大的多孔陶瓷。
1 实验1.1 实验原料本次实验的原料来源见表1。
表1 实验的原料来源原料名称生产厂家石英(S iO2)湖北蕲春县大同石英砂厂碳酸钙(化学纯)天津博迪化工有限公司碳酸镁(化学纯)天津博迪化工有限公司玻璃粉天津博迪化工有限公司粘 土武汉市信河化工有限公司碳 粉武汉市信河化工有限公司1.2 实验配方及工艺流程在大量实验的基础上优选出石英基多孔陶瓷坯料的配方:石英70%,玻璃粉15%,碳酸钙5%,碳酸镁5%,粘土5%,造孔剂分别选用5%、10%、15%、20%做4组实验。
多孔陶瓷材料的制备与表征研究
多孔陶瓷材料的制备与表征研究一、引子：多孔陶瓷材料是具有许多孔隙结构的特殊材料，广泛应用于过滤、吸附、催化等领域。
本文旨在探讨多孔陶瓷材料的制备方法和表征技术。
二、制备方法：1. 泡沫陶瓷材料泡沫陶瓷材料是一种具有高度结构有序和孔隙连通的多孔材料，制备方法多样。
一种常见的方法是以聚合物泡沫为模板，采用浇注、喷涂等方法制备泡沫预体，然后经过热解和烧结得到陶瓷材料。
2. 模板法模板法是一种常见的多孔陶瓷制备方法，通过采用不同孔隙大小的模板，可以制备出不同孔径的陶瓷材料。
常用的模板包括聚苯乙烯微球、树脂珠等，将模板与陶瓷原料混合，烧结后，通过溶解或者燃烧去除模板，从而得到多孔陶瓷材料。
3. 发泡法发泡法是一种常用的制备多孔陶瓷材料的方法，通过在陶瓷浆料中加入气泡剂，使其在烧结过程中发生气泡膨胀，形成孔隙结构。
发泡法制备的多孔陶瓷材料孔隙布局均匀，孔径可调。
4. 真空浸渍法真空浸渍法是一种制备高度有序多孔陶瓷材料的方法。
首先制备出二氧化硅或其他陶瓷材料的溶胶，然后将其浸渍到特殊的介孔硅胶膜上，经过多次浸渍和热解处理，最终得到孔径可调的多孔陶瓷材料。
三、表征技术：1. 扫描电子显微镜（SEM）SEM可以观察到材料的表面形貌和孔隙结构。
通过SEM图像可以评估多孔陶瓷材料的孔径分布、孔隙连通性等，并可以对制备方法进行优化改进。
2. 氮气吸附-脱附法（BET）BET技术可以用来测定纳米孔隙的孔径和比表面积。
通过测定材料在吸附和脱附过程中氮气的吸附量，可以计算出材料的比表面积和孔隙体积。
3. 压汞法压汞法是一种测量材料孔隙结构及孔隙分布的方法。
利用孔隙的连通性，通过施加不同的压力，测定压汞的饱和和释放曲线，从而得到材料的孔隙直径和孔隙分布。
4. X射线衍射法（XRD）XRD可以通过分析材料的衍射谱来确定多孔陶瓷材料的结晶相、晶粒尺寸等信息。
结合其他表征技术，可以评估材料的热稳定性和晶格缺陷等特性。
结语：多孔陶瓷材料的制备和表征是一个复杂而重要的领域。
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
多孔陶瓷
多孔陶瓷材料一．概述多孔陶瓷是一类经高温烧结,内部具有大量彼此连通孔或闭孔的新型陶瓷材料。
随着制备方法的逐渐成熟和控制孔隙方法的不断改进,多孔陶瓷独特的性质越来越受到人们的重视,并已经在不同领域得到应用:冶金方面作为过滤器可除去液态金属中的杂质;石化应用方面,因其优良的化学稳定性可作为催化剂载体;汽车行业用来吸收发动机排放的有害气体;医学领域,可作为骨移植材料等。
多孔陶瓷还可以作为吸音材料、隔热材料、敏感元件等。
对于多孔陶瓷的研究,国内外学者已经进行了大量的工作,包括多孔陶瓷材料的概念研究、制备、基本性能与表征、应用领域等各个方面。
二．制备原理多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，也称之为气孔功能陶瓷，它是一种利用物理表面的新型材料。
多孔材料具有如下特点：巨大的气孔率，气孔表面积；可调节的气孔形状，孔径及其分布；气孔在三维空间的分布，连接可调；具有一般陶瓷基体性能的同时，具有与其巨大的比表面积相匹配的优良热，电，磁，光，化学等功能。
目前新兴多孔陶瓷，如多孔陶瓷载体，多孔吸声材料，多孔过滤渗透材料，多孔陶瓷敏感元件，生物医学多孔材料，多孔性光学材料，蓄热储能多孔性陶瓷材料，蜂窝式红外多孔陶瓷板等，不断涌现，使其应用范围更为广泛。
1.多孔材料的种类多孔陶瓷的种类很多，按所用的骨料可分为刚玉质材料，碳化硅质材料，铝酸硅盐材料，石英质材料，玻璃质材料及其他。
按孔径分为粗孔制品（0.1mm 以上），介孔材料（50nm~20um），微孔材料(50nm以下)。
2.多孔陶瓷的制备陶瓷中的孔包括封闭气孔（与外部不相连通的气孔）和开口气孔（与外部相连通的气孔）。
多孔陶瓷中孔的形成方法包括添加成孔剂工艺，有机泡沫浸渍工艺，发泡工艺，溶胶—凝胶工艺，利用纤维制得多孔结构，腐蚀法产生微孔，中孔，利用分子键构成气孔等，以上不同方法的组合还能赋予多孔陶瓷材料其他性能，尤其是骨架性能。
3.多孔陶瓷的配方设计（1）骨料：为多孔陶瓷的重要原料，在整个配方中占70%~80%的比重，在胚体中起到骨架的作用，一般选择强度高，弹性模量大的材料。
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究
氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究氧化铝多孔陶瓷的制备及性能研究摘要：氧化铝多孔陶瓷因其优良的化学稳定性、高温强度和机械性能被广泛应用于电子、石油、化工等领域。
本文基于氧化铝多孔陶瓷的制备方法和性能研究，综述了其制备工艺、表征方法以及性能研究的结果。
1. 引言氧化铝多孔陶瓷是由高纯度氧化铝粉末经过压制、烧结等工艺制备而成的一种陶瓷材料。
其孔隙结构使其具有较大的比表面积和孔隙率，从而使其具备了优异的吸附性能和渗透性能。
氧化铝多孔陶瓷被广泛应用于催化、过滤、电子以及化工等领域。
2. 制备方法氧化铝多孔陶瓷的制备方法包括模板法、发泡法、溶胶-凝胶法等。
模板法主要通过使用模板材料，在烧结过程中得到孔隙结构；发泡法则采用制泡剂，在高温下产生气泡形成多孔结构；溶胶-凝胶法则通过溶胶的凝胶过程形成多孔陶瓷。
其中，模板法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较大的孔隙直径和均匀的孔隙分布，具有较好的热稳定性；发泡法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较小的孔隙直径和较大的孔隙率，具有较好的过滤性能；溶胶-凝胶法制备的氧化铝多孔陶瓷具有较高的比表面积和孔隙率，具有较好的吸附性能。
3. 表征方法氧化铝多孔陶瓷的性能主要通过其孔隙结构、比表面积等参数进行表征。
通常采用扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析仪、压汞法等方法对其进行表征。
SEM能够直观地观察到其孔隙结构形貌，并且可以进行孔径分布的分析；比表面积分析仪则能够测量其比表面积，通过比表面积与孔隙率的关系推导出其孔隙结构参数；压汞法则能够通过测量其对气体的吸附能力来计算出其孔隙分布和孔径大小。
4. 性能研究氧化铝多孔陶瓷的性能研究主要包括孔隙结构对吸附和过滤性能的影响，以及化学稳定性、机械性能等方面的研究。
孔隙结构对吸附和过滤性能的影响可以通过调节制备方法来实现，如改变模板材料、制泡剂的种类和用量等；化学稳定性的研究可以通过浸泡在不同溶液中来验证其抗化学侵蚀性能，并通过SEM等表征手段来观察其表面形貌的变化；机械性能的研究可以通过测量其抗压强度、硬度等参数来评估。
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第一章综述1.1 多孔陶瓷的概述多孔陶瓷是一种经高温烧成、体内具有大量彼此相通或闭合气孔结构的陶瓷材料，是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、耐高温及良好隔热性能等优点的新型功能材料。
多孔陶瓷的种类繁多，几乎目前研制生产的所有陶瓷材料均可通过适当的工艺制成陶瓷多孔体。
根据成孔方法和孔隙结构的不同，多孔陶瓷可分为三类：粒状陶瓷烧结体、泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷。
根据所选材质不同，可分为刚玉质、石英质、堇青石质、莫来石质、碳化硅质、硅藻土质、氧化锆质及氧化硅质等。
多孔陶瓷材料一般具有以下特性：化学稳定性好，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。
多孔陶瓷的优良性能，使其已被广泛应用于冶金、化工、环保、能源、生物等领域。
如利用多孔陶瓷比表面积高的特性，可制成各种多孔电极、催化剂载体、热交换器、气体传感器等；利用多孔陶瓷吸收能量的性能，可制成各种吸音材料、减震材料等；利用多孔陶瓷的低密度、低热传导性，可制成各种保温材料、轻质结构材料等；利用多孔陶瓷的均匀透过性，可制成各种过滤器、分离装置、流体分布元件、混合元件、渗出元件、节流元件等。
因此，多孔材料引起了材料科学工作者的极大兴趣并在世界范围内掀起了研究热潮。
1.2 多孔陶瓷的制备方法多孔陶瓷是由美国于1978年首先研制成功的。
他们利用氧化铝、高岭土等陶瓷材料制成多孔陶瓷用于铝合金铸造中的过滤,可以显著提高铸件质量,降低废品率,并在1980年4月美国铸造年会上发表了他们的研究成果。
此后,英、俄、德、日等国竞相开展了对多孔陶瓷的研究,已研制出多种材质、适合不同用途的多孔陶瓷,技术装备和生产工艺日益先进,产品已系列化和标准化,形成为一个新兴产业。
我国从20世纪80年代初开始研制多孔陶瓷。
多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。
根据使用目的和对材料性能的要求不同,近年逐渐开发出许多不同的制备技术。
其中应用比较成功,研究比较活跃的有:添加造孔剂工艺,颗粒堆积成型工艺,发泡工艺,有机泡沫浸渍工艺,溶胶凝胶工艺等传统制备工艺及孔梯度制备方法、离子交换法等新制备工艺。
1.2.1挤压成型工艺本工艺的特点是靠设计好的多孔金属模具来成孔。
将制备好的泥浆通过一种具有蜂窝网格结构的模具基础成型,经过烧结就可以得到最典型的多孔陶瓷即现用于汽车尾气净化的蜂窝状陶瓷。
此外,也可以在多孔金属模具中利用泥浆浇注工艺获得多孔陶瓷。
该类工艺的特点在于可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计,对于蜂窝陶瓷最常见的网格形状为三角形、正方形。
其缺点是不能形成复杂的孔道结构和孔尺寸较小的材料。
其典型工艺流程为：粉体原料+水+有机添加剂→研磨→陈腐→挤压成型→干燥→烧结1.2.2 颗粒堆积工艺在骨料中加入相同组分的微细颗粒,利用微细颗粒易于烧结的特点,在高温状况下产生液相,使骨料(大颗粒)连接起来。
孔径的大小与骨料粒径成正比,骨料粒径越大,形成的多孔陶瓷平均孔径就越大,呈线性关系。
骨料颗粒尺寸越均匀,产生的气孔分布也越均匀。
另外添加剂的含量和种类以及烧成温度对微孔体的分布和孔径大小有直接的影响。
徐振平等通过控制球状二次粒子原料的粒径,采用烧结法制备了孔径分布很窄的多孔陶瓷,提出了一种控制孔径分布的有效办法。
孙宏伟等则通过控制粉料粒径、添加剂种类和含量,用固态烧结法制得了平均孔径为0.45m、孔径分布狭窄、孔隙率为50%Al2O3陶瓷膜管。
1.2.3添加造孔剂工艺该工艺是通过在陶瓷坯料中添加占据一定空间的造孔剂，经过烧结后，造孔剂离开基体留下孔洞而形成多孔陶瓷。
在普通陶瓷工艺中，调整烧结温度和时间可以控制烧结制品的孔隙度和强度，但对于多孔陶瓷，烧结温度太高会使部分气孔封闭或消失，烧结温度太低则制品强度低。
采用添加造孔剂的方法则可避免这种缺点，使烧结制品既具有高的孔隙度又有较好的强度。
该工艺可通过优化造孔剂形状、粒径和制备工艺来精确设计制品的孔结构，但其缺点是难以获得高气孔率制品。
与普通的陶瓷工艺相比，这种工艺的关键在于造孔剂种类和用量的选择。
造孔剂的种类有无机和有机两类，通常使用的造孔剂有炭粉、锯末屑、煤粉萘、淀粉、聚乙烯醇（PV A）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMIMA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、聚苯乙烯颗粒等。
一些熔点较高，但可溶于水、酸或碱溶液的无机盐或其它化合物如Na2SO4、CaSO4、NaCl、CaCl2等也可作为造孔剂。
该类造孔剂的特点是在基体陶瓷烧结温度下不排除，待基体烧结后，用水、酸或碱溶液浸出造孔剂而成为多孔陶瓷。
这类造孔剂特别适用于玻璃质较多的多孔陶瓷或多孔玻璃的制备。
1.2.4 有机泡沫浸渍工艺有机泡沫浸渍工艺是schwartzwalder等人于1963年发明的,该工艺是用有机泡沫浸渍陶瓷料浆、溶胶一凝胶和胶体溶液,干燥后烧掉有机泡沫,从而获得孔径范围为5伽m一lmm的开孔三维网状多孔陶瓷的一种方法。
适应这种要求的有机泡沫材料一般是经过特定工艺制作的聚合海绵,材质通常为聚氯乙烯、聚苯乙烯、纤维素等。
在实际应用中一般选用软质聚氨酷泡沫材料,因其软化温度低,能在挥发排除中避免热应力破坏,保证了制品的强度。
将具有一定三维拓扑结构的多孔聚合物浸泡在预先磨制、混好的陶瓷颗粒浆料中,经反复多次浸渍,排除多余浆料,使浆料均匀附着在前驱体网状结构中的网丝上,再烧蚀掉聚合物,留下形貌与聚合物相对应的多孔陶瓷预制体。
这种网络结构陶瓷具有高孔隙率(70%一90%)、大比表面积、小热膨胀系数、高化学稳定性和尺寸稳定性、耐高温、耐化学腐蚀及良好的强度和过滤吸附性能。
图2-1有机泡沫浸渍上艺的流程图1.2.5 发泡工艺发泡工艺是在陶瓷组分中添加有机或无机化学物质，在处理期间形成挥发性气体，产生泡沫，经干燥和烧成制成网眼型和泡沫型两种多孔陶瓷。
与泡沫浸渍工艺相比，该法更易控制制品的形状、成分和密度，并可制备出各种孔径和不同形状的多孔陶瓷，特别适合于闭孔陶瓷制品的生产。
用来做发泡剂的化学物质有：碳化钙、氢氧化钙、铝粉硫酸铝和双氧水作发泡剂；由亲水性聚氨脂塑料和陶瓷泥浆同时发泡制备多孔陶瓷；用硫化物和硫酸盐混合作发泡剂等。
发泡工艺与传统陶瓷工艺相比,多了一个干燥前发泡过程;与泡沫塑料浸渍泥浆高温处理法相比,发泡法可以更容易地制得一定形状、组成和密度的多孔陶瓷,而且还可以制备出小孔径的闭口气孔,而这是用泡沫塑料浸渍泥浆高温处理法做不到的,但其缺点在于难以控制的工艺条件和要求较高的原料。
1.2.6溶胶—凝胶工艺溶胶—凝胶工艺主要用来制备微孔陶瓷材料,特别是微孔陶瓷薄膜,也可以制备孔径在纳米级、气孔分布均匀的多孔陶瓷膜。
这种方法基本过程是:将金属醇盐溶于低级醇中,缓慢地滴入水进行水解反应,得到相应金属氧化物的溶胶,调节溶胶的pH值,纳米尺度的金属氧化物微粒就会发生聚集,形成凝胶,将凝胶干燥、热处理,就可以得到多孔陶瓷。
图2-2 溶胶—凝胶工艺流程图加水量、催化剂、溶液的pH值、化学添加剂、干燥制度以及烧成温度等都是影响溶胶一凝胶法制备多孔陶瓷材料性能的重要因素。
水在溶胶中主要发生水解反应,不同的用水量对凝胶时间影响很大;不同的催化剂,其作用机理也不同,因此在溶液中往往会产生不同结构和形态的水解产物;pH值对溶胶的形成、凝胶时间、凝胶性质以及控制醇盐水解和缩聚反应都会产生很大的影响;化学添加剂主要分为成核剂、阻核剂和干燥剂。
干燥制度对最终产品的影响也很大,由于凝胶内包裹着许多溶剂和水,干燥过程中制品会出现很大的体积收缩而导致制品开裂,并且干燥温度也影响着制品的气孔结构和大小;烧成温度影响着材料的气孔结构和性能,烧成的目的是消除凝胶中的气孔和有机体,使制品的各项性能指标满足实际需求。
尽管溶胶一凝胶法制备多孔陶瓷的原理比较清楚,但其具体工艺中的问题还很多,对外部条件要求极其严格,如溶胶的制备、浸渍、干燥等,所以制备满足要求的无裂纹的无机膜的溶胶一凝胶工艺还有待大量的研究和改进。
1.2.7冷冻干燥工艺冷冻干燥工艺的特点是将陶瓷浆料进行冷冻,使溶剂从液相变成固相,在干燥过程中通过降压使固相冰直接升华成气相而让溶剂排除,这样就留下了开口多孔结构,经烧结后可以得到多孔陶瓷。
在冷冻过程中,冰在溶剂的形成方向可以实现单向控制,因此可以获得气孔呈定向排列的多孔结构。
通过冷冻干燥制备工艺可以获得气孔率高于90%的多孔陶瓷制品, 而且气孔率可以在较大范围内实现控制。
水基浆料的使用形成了该工艺的一个最大优势就是环境友好,因为其孔结构的形成是通过冷冻干燥过程中冰的升华来完成的,其释放出来的是气态HZO,对环境不会造成任何污染。
该工艺制备多孔陶瓷可通过改变浆料的固含量来调整材料的气孔率。
1.2.8水热一热静压工艺水热一热静压工艺是在低于传统烧结温度下,通过水作为压力传递介质制备陶瓷的一种新方法。
使用这种方法也可以制备多孔陶瓷。
日本成功地应用了这种方法,将硅凝胶与质量分数为10%的水混合,置于高压釜中,压力为10一50MPa,温度为300℃,通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷,反应时间为10一18Omin。
在25MPa下处理60min,所制得的材料体积密度为0.88岁cm3,孔尺寸分布范围为30一50nm,其抗压强度高达70MPa。
通过调整压力、温度和反应时间等参数,可以得到所需的孔径、孔径分布、孔隙度以及比表面积。
1.3多孔陶瓷的性能分析1.3.1多孔陶瓷的力学性质将多孔陶瓷的力学行为进行数学分析并与它们的显微结构相联系起来是十分有益的。
这样的过程有利于预测材料性能，不仅对设计过程有帮助，也有利于发现控制形变过程的关键性参数。
完成这一理论分析的主要科学方法之一是分析一个单一的孔单元，并分析其形变行为。
为了建立多孔材料的力学行为模型，Gibson和Ashby将复杂的泡沫结构简化成。
通过简化的几何结构，对大多数的多孔材料的关键力学性质如弹性常数、拉伸、压缩强度和断裂韧性等均可推导出数学表达式。
表3-1多孔陶瓷的力学性能表达式表3-1给出的表达式表明，网眼多孔陶瓷的力学行为决定于单独孔筋的强度，因此定量测定大小对于研究这类材料的力学行为是非常重要的。
Brenzy等人用一种简单的方法测定了几种网眼陶瓷的孔筋强度。
这一方法是将一细丝拴于孔筋下，再连接于抗拉载荷上，使用每一孔筋的弯曲断裂的载荷来估计孔筋强度％。
这种测定方法对具有较大孔单元(>1唧)的材料比较实用，小于该尺寸的孔单元则难以实用。
研究表明，通过改善工艺过程，剔除显微缺陷如孔筋内的气孔、裂纹和夹杂物可以使孔筋强度得到明显提高。