生物形态多孔SiC 陶瓷
sic是什么材料
sic是什么材料
Sic是什么材料。
Sic，即碳化硅，是一种重要的无机材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
碳化硅是由碳和硅元素在高温下反应制成的化合物，其化学式为SiC。
它具有极高的熔点、硬度和热导率，因此被广泛应用于陶瓷、研磨材料、电子器件等领域。
首先，碳化硅在陶瓷领域有着重要的应用。
由于碳化硅具有高熔点、高硬度和耐腐蚀性，因此被用作陶瓷材料的添加剂，可以提高陶瓷的硬度和耐磨性。
此外，碳化硅本身也可以制成陶瓷制品，如耐火材料、陶瓷刀具等，具有优异的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性能。
其次，碳化硅在研磨材料领域也有着重要的地位。
碳化硅具有极高的硬度和耐磨性，因此被广泛应用于研磨材料的制备中。
碳化硅磨料可以用于金属、玻璃、陶瓷等材料的研磨加工，具有高效、精确和稳定的加工效果，因此在精密加工领域有着广泛的应用。
此外，碳化硅还被广泛应用于电子器件领域。
由于碳化硅具有较高的电子能带宽度和电子饱和漂移速度，因此被用作半导体材料，可以制成功率器件、光电器件等。
碳化硅材料的应用可以提高电子器件的工作温度范围、提高工作频率和降低功耗，因此在电子器件领域有着重要的应用前景。
总的来说，碳化硅作为一种重要的无机材料，具有许多优异的性能和广泛的应用领域。
它在陶瓷、研磨材料、电子器件等领域都有着重要的应用价值，对于提高材料加工、电子器件性能等方面具有重要意义。
随着科技的不断进步，相信碳化硅材料的应用领域会更加广泛，为人类的生产生活带来更多的便利和发展。
生物医用陶瓷材料ppt课件
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一 AX型晶体结构
具有NaCl结构的离子晶体的晶胞
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具有CsCl结构的离子晶体的晶胞
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二 AmXn型晶体结构
具有CaF2结构的离子晶体的晶胞
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二.生物医用陶瓷材料的基本条件与要求
1.良好的生物相容性 2. 杂质元素及溶出物含量低 3. 有效性
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B 其它的惰性氧化物陶瓷 氧化锆陶瓷
单斜晶体(m) 1170℃ 四方晶(t) 2370℃ 立方晶(c) 2715℃ 熔体
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氧化锆，氧化镁，以及混合氧化物陶瓷 （如组成：氧化锆50-60%,氧化铝10-20%,氧化钾7-10%的陶瓷）
混合氧化物陶瓷组成，色泽，热膨胀系数可调，可用作人工牙齿
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1972年，Aoki和Jarcho成功烧结了羟基磷灰石，制得了羟基磷灰石陶瓷，并在 随后的几年中发现，烧结羟基磷灰石具有良好的生物活性，从此开始了生物活 性陶瓷发展的新纪元；
1973年，Driskell等报道了β-Ca3(PO4)2多孔陶瓷植入生物体后，能被迅速吸收， 并发生了骨置换， 称之为可吸收陶瓷(Absorbable ceramics)，即生物可降解陶 瓷；
Hale Waihona Puke BIOmaterials第三代
活性、可降解 生物活性玻璃、硅酸钙
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陶瓷显微结构
由许多不规则的晶粒所组成，中间有晶界隔开
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甘蔗渣制备生物形态分级多孔木质陶瓷
甘蔗渣制备生物形态分级多孔木质陶瓷潘建梅;严学华;程晓农;张成华;徐桂芳【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2013(044)008【摘要】采用甘蔗渣为生物质原料,浸渍环氧树脂后(两者质量比为2.5∶1)高温烧结制备了分级多孔木质陶瓷.使用XRD、SEM、TG等手段研究了木质陶瓷的物相组成、微观形貌和热稳定性,通过压汞法和氮吸附法分析了木质陶瓷从微米到纳米范围的分级多孔结构.研究结果表明,木质陶瓷主要由非石墨化碳层和微量的磷石英组成.木质陶瓷保留了甘蔗渣的管状孔洞,具有从宏孔到介孔分布的分级多孔结构.木质陶瓷的宏孔孔径分布主要在0.4～6μm之间,BET表面积最高达39.7m2/g.随着烧结温度的升高,木质陶瓷的BET表面积、介孔体积和平均孔径都降低.【总页数】4页(P1191-1194)【作者】潘建梅;严学华;程晓农;张成华;徐桂芳【作者单位】江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013;江苏大学材料科学与工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TB383【相关文献】1.甘蔗渣制备木质陶瓷及其性能表征 [J], 吴文涛;孙世群2.凹凸棒石改性甘蔗渣/麦秸木质陶瓷制备与性能 [J], 吴文涛;陈天虎;徐晓春3.生物形态多孔分级结构氧化锡纳米材料的制备研究 [J], 位莉;苏慧兰;宋钫;文元振;张荻;;;;;4.液相渗硅法制备多孔Si/SiC生物形态陶瓷 [J], 罗民;李燕;侯广亚5.稀土掺杂生物形态SnO_2多孔陶瓷材料的制备及气敏性研究 [J], 张雄斌;贺辛亥;刘松涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
SiC材料的应用
目录碳化硅陶瓷材料的性质： (1)碳化硅材料在不同领域的应用： (1)碳化硅陶瓷材料的性质：陶瓷材料一般具有高的熔点（大多在2000℃以上），且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷的导热性低于金属材料，陶瓷还是良好的隔热材料。
同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。
(SiC)陶瓷材料具备优异的力学、热学、光学性能,在国防工业和国民生产中应用广泛.然而,传统陶瓷成形工艺在制备复杂SiC构件时面临周期长、成本高、复杂结构成形难等问题.增材制造理论上可成形任意复杂结构,为复杂陶瓷构件的制备提供了有效手段,目前SiC陶瓷增材制造已成为本领域近年来的研究热点.本文针对SiC陶瓷增材制造的研究及应用进展进行了系统总结,详细论述SiC增材制造的原料设计与制备方法、工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测及典型应用等内容,并对SiC陶瓷增材制造技术的未来发展进行了展望碳化硅材料在不同领域的应用：碳化硅陶瓷材料具有耐高温、抗氧化、耐磨损、耐腐蚀、高比模量和比强度等优良性能[1~5],在航空、航天、核能和汽车等众多重要领域应用广泛.传统SiC陶瓷成形工艺包括等静压、流延成型、注射成形、注浆成型、凝胶注模等,通常采用模具辅助成形,烧结后还需进行机加工处理得到所需SiC产品近年来,轻量化空间光学反射镜等高性能SiC构件的复杂度越来越高,对陶瓷成形工艺提出了更高的要求.然而,传统成形工艺常需借助模具,在制备复杂轻量化SiC构件时周期长、成本高,且大尺寸构件通常需通过拼接方法获得,导致废品率高,某些内部复杂结构很难甚至无法制造.增材制造技术无需模具,采用逐层叠加制造的原理,理论上可整体成形任意复杂结构,是实现复杂陶瓷构件整体化、轻量化、复杂化成形的有效途径.如图1所示,Si增材制造工艺的原料可以分为粉末、浆料/膏体、丝材、片材等.粉末成形工艺包括激光选区烧结和三维喷印;浆料/膏体成形工艺包括光固化和墨水直写成形丝材增材成形工艺一般指熔融沉积成形,材增材成形工艺一般指薄材叠层成形目前,基于增材制造的Si复杂构件整体成形工艺通常包括以下步骤:首先,设计并制备增材适应性原料,包括粉末、浆料/膏体、丝材和片材等;然后,通过增材制造工艺成形得到具有复杂结构的SiC瓷坯体;再对SiC陶瓷坯体进行碳化处理得到SiC陶瓷预制体;最后,对SiC陶瓷预制体进行烧结(包括反应烧结、化学气相渗透、先驱体浸渍裂解等),得到最终的SiC陶瓷制品.增材制造工艺既决定了原料的设计与制备方法,还关系到后续碳化和烧结工艺路线的制定.SiC材料和增材制造技术均被纳入“十四五”产业科技创新相关发展规划,是相关国家科研攻关、“卡脖子”核心技术突破与产业布局的基石.然而,SiC陶瓷增材制造在研发与推广应用中仍存在较多难点与挑战:增材制造成形SiC陶瓷构件的精度和力学性能与传统工艺相比仍存在一定差距,大型一体化(米级尺寸)或小型精细化(微米级精度)SiC 构件的增材制造仍存在一定技术难题;增材制造工艺与材料间的内在联系尚不明确,如何通过工艺调控实现材料形状、性能的协同控制仍是当前亟待解决的问题;SiC陶瓷构件增材制造还未建立完整的工艺和评价标准,工业化应用推广仍存在一定难度.为此,本文系统总结了国内外SiC陶瓷增材制造技术的研究及应用进展,详细论述了原材料设计与制备方法、增材制造工艺与装备、后处理技术、模拟仿真、性能评测等内容,简要说明了增材制造复杂SiC构件的典型应用,最后展望了SiC增材制造技术未来的发展趋势.希望可以为本领域的科研和工业生产人员提供一定的参考与指导,突破SiC陶瓷增材制造中的科学与技术难题,进一步推广。
结构陶瓷3(SiC)
发生化学反应,使坯件质量增加,孔隙减小,并烧结 成具有一定强度和尺寸精度的成品的工艺。
α-SiC粉+石墨粉→多孔胚体 液态Si β－SiC
4）反应烧结：通过多孔坯件同气相或液相
反应烧结可制得形状复杂的致密SiC陶瓷， 并且具有良好的抗热震性，同其它烧结工艺比较, 反应烧结在致密过程中的尺寸变化小,可以制造尺 寸精确的制品 烧结体中相当数量游离Si的存在，使得反应 烧结的SiC陶瓷高温性能较差
2.2 SiC的热学性质 的
∗ 只作较粗略计算时，碳化硅的平均热膨胀系数在25～ 1400℃范围内可以取4.4×10-6/℃。SiC的热膨胀系数 测定结果表明：其量值与其他磨料及高温材料相比要 小得多，如刚玉的热膨胀系数可高达(7～8)×10-6/℃ ∗ SiC的导热系数很高，这是SiC物理性能方面的另一个 重要特点。它的导热系数比其他耐火材料及磨料要大 的多，约为刚玉导热系数的4倍
SiC陶瓷 陶瓷
内容提要
∗ SiC晶体结构 ∗ SiC性质 ∗ SiC陶瓷及其应用 ∗ SiC陶瓷的制备
1 SiC晶体结构
∗ SiC主要为共价键，SiC晶体中存在呈四面体空间排列 的杂化键sp3 ∗ SiC晶格结构中单位晶胞：Si-C面配位体 ∗ 所有结构均由SiC四面体堆积而成，所不同的只是平 行结合或者反平行结合
2）热压烧结：将干燥粉料充填入模型内，再从 ）热压烧结
热压烧结工艺只能制备形状简单的SiC部件， 而且一次热压烧结过程中所制备的产品数量很小， 因此不利于工业化生产
3）热等静压烧结 ）
Duna以B和C为添加剂，采用热等静压烧结工艺， 在1900℃便获得了密度大于98%、室温抗弯强度高达 600MPa左右的细晶SiC陶瓷 研究表明：当SiC粉末的粒径小于0.6μm时，即 使不引入任何添加剂，通过热等静压烧结，在 1950℃即可使其致密化 尽管热等静压烧结可获得形状复杂的致密SiC制 品，并且制品具有较好的力学性能，但是HIP烧结必 须对素坯进行包封，所以很难实现工业化生产
碳化硅陶瓷的制备技术
喷嘴：作喷嘴的陶瓷材料有多种，常用
的是氧化铝、碳化硅和碳化硼陶瓷等。 氧化铝陶瓷喷嘴的价格低，但由于硬度 低，其耐磨性较差，多用于喷砂工作量 不大的场合。碳化硅陶瓷的使用寿命是 氧化铝陶瓷的３－５倍【】，与硬质合金 相当，多用于硬质合金的替代品，特别 是在手持喷枪的工况中使用。
磁力泵泵件：随着工业化的发展，特别
碳化硅陶瓷的制备技术及应用
一、碳化硅的前沿
二、SiC粉末的合成 三、SiC的烧结方法
四、反应烧结碳化硅的成型工艺
五、碳化硅陶瓷的应用
碳化硅陶瓷的制备技术及应用
1、前沿：
碳化硅陶瓷材料具有高温强度大， 高温抗氧化性 强、耐磨损性能好 ，热稳定性佳 ，热膨胀系数小， 热导率大， 硬度高 ，抗热震和耐化学腐蚀等优良特 性. 在汽车、机械化工、环境保护、 空间技术、 信 息电子 、能源等领域有着日益广泛的应用，已经成为 一种在很多工业领域性能优异的其他材料不可替代的 结构陶瓷。
以下是对四种烧结方法的一些概括： 实验表明，采用无压烧结、热压烧结、热 等静压烧结和反应烧结的SiC陶瓷具有各异的 性能特点。假如就烧结密度和抗弯强度来说， 热压烧结和热等静压烧结SiC陶瓷相对较高， 反应烧结SiC相对较低。另一方面，SiC陶瓷的 力学性能还随烧结添加剂的不同而不同。无压 烧结、热压烧结和反应烧结SiC陶瓷对强酸、 强碱具有良好的抵抗力，但反应烧结SiC陶瓷 对HF等超强酸的抗蚀性较差。就耐高温性能比 较来看，当温度低于900℃时，几乎所有SiC陶 瓷强度均有所提高；当温度超过1400℃时，反 应烧结SiC陶瓷抗弯强度急剧下降。（这是由 于烧结体中含有一定量的游离Si，当超过一定 温度抗弯强度急剧下降所致）对于无压烧结和 热等静压烧结的SiC陶瓷，其耐高温性能主要 受添加剂种类的影响
sic陶瓷常压烧结
sic陶瓷常压烧结以"SIC陶瓷常压烧结"为题，本文将介绍SIC陶瓷的常压烧结工艺和特点。
1. 引言SIC（碳化硅）陶瓷是一种具有优异性能的工程陶瓷材料，其主要特点包括高硬度、高强度、耐高温、耐腐蚀等。
而常压烧结是一种常用的SIC陶瓷制备工艺，本文将从工艺流程、工艺条件以及材料特性等方面介绍SIC陶瓷常压烧结的相关内容。
2. 工艺流程SIC陶瓷常压烧结的工艺流程主要包括原料制备、成型、烧结和表面处理等步骤。
首先，将SIC粉末与其他添加剂按一定比例混合，并经过球磨等工艺进行均匀混合，以提高材料的致密性。
然后，将混合料进行成型，常见的成型方法有压制、注塑和挤出等。
成型后的坯体需要经过干燥处理，以去除水分和有机物。
接下来，将干燥后的坯体进行烧结，烧结温度一般在1900~2200摄氏度之间，烧结时间根据陶瓷的要求而定。
最后，通过机械加工和表面处理，得到符合要求的SIC陶瓷制品。
3. 工艺条件SIC陶瓷常压烧结的工艺条件对于制备高质量的陶瓷制品非常重要。
其中，烧结温度是影响陶瓷致密性和晶粒尺寸的关键因素，过低或过高的温度都会影响烧结效果。
此外，烧结时间也会对陶瓷的性能产生影响，过短的时间可能导致烧结不完全，而过长的时间则会导致晶粒长大。
此外，压制力和添加剂的选择也会对烧结效果产生影响。
4. 材料特性SIC陶瓷常压烧结后，具有许多优异的特性。
首先，SIC陶瓷的硬度非常高，仅次于金刚石和立方氮化硼。
其次，SIC陶瓷具有优异的耐高温性能，可在高达1600摄氏度的温度下长时间稳定工作。
此外，SIC陶瓷还具有良好的耐腐蚀性能，可在酸、碱等恶劣环境下使用。
而且，SIC陶瓷的导热性能也非常好，可用于高温传热领域。
此外，SIC陶瓷还具有良好的机械性能和尺寸稳定性，可用于制备精密零部件。
5. 应用领域SIC陶瓷常压烧结后，可以应用于众多领域。
在机械工程领域，SIC 陶瓷常用于制造轴承、密封件、喷嘴等零部件。
12-多孔陶瓷
作催化剂载体
由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和 活性，被覆催化剂后，反应流体通过多孔 陶瓷孔道后，将大大提高转换效率和反应 速度。
例如用泡沫陶瓷和蜂窝陶瓷被覆贵金 属或稀土金属催化剂后，可用于汽车的尾 气处理，使层气中的CO、CmHn化合物转 化为CO2，并能使捕获的炭粒在较低的温 度下起燃，使净化过滤器催化再生。
这样制备的多孔陶瓷，气孔率可达80 ％～90％。
(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。
利用该法可制各出气孔率高于60％的 多孔陶瓷。
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。
骨料颗粒堆积、粘接而形成的多孔陶瓷
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。
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 的收缩。
多孔陶瓷的应用51在金属熔体过滤净化技术中的应用52精过滤技术在其他领域的应用53作催化剂载体54作敏感元件55作为隔膜材料56降低噪声57用于布气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
最常用的多孔陶瓷的制备方法是依靠 骨料粒子堆积而形成孔道。
以均一的球状粒子堆积为例，存在 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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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。