多孔陶瓷的烧结工艺

• 3.1.1 粉末烧结法
• 1 颗粒堆积法 • 颗粒堆积法也称骨料堆积法或固态烧结法，该方法是以 微细粉体为骨料，利用微细粉体易于烧结的特点，在高温时 生成液相并使其相互连接起来。由于每一个微细粉体颗粒仅 在几个点上与其他颗粒相互连接，因而彼此之间存有很多相
互贯通的空隙，在材料冷却后便形成三维的孔隙通道。
3.1.3 挤压成型法 挤压成型法常用于制备单向通道的管状或块状多孔陶瓷， 具体工艺是：将原料粉碎湿磨后制成泥浆，然后由挤出机从 带有蜂窝结构的模具中挤出，或由浇注机浇注到多孔网格模 具中，形成孔隙结构具有设计要求的坯料，最后对坯料进行 干燥和烧结，获得多孔陶瓷。
陈云峰等将高岭土和氧化铝配置为浆料，以多种有机物
为粘结剂，经单螺杆挤出机挤出形成管状坯料，后经干燥脱
水和高温烧结制备出高岭土基多孔陶瓷，并发现材料的渗透
率随着烧结温度的提高而增大。
3.1.4 有机泡沫浸渍法 • 有机泡沫浸渍法是1963 年由美国学者Schwartz walder
等发明的，其原理是利用有机泡沫特殊的三维开孔网状骨架 结构做模板，将陶瓷浆料均匀涂覆在其表面形成涂层，干燥 后烧掉有机泡沫，从而获得具有有机泡沫一次反型结构的多
剂和凝胶剂组成。悬浮液中泡沫的产生的方式可以通过机械
法泡、注射气流发泡、热解反应释放气体发泡等。有些气泡 可能收缩或者消失，有些则可以长大。包围气泡的浆料膜可 以保持完整直至稳定，形成闭孔泡沫，也可以破裂，形成部
2 添加造孔剂 在陶瓷浆料中加入可燃性或者挥发性的造孔剂，如混入某 些有机物，聚合物或者炭粉。这些造孔剂在浆料固化后的烧结 过程中被烧除，或者挥发掉，从而在陶瓷体中留下大量的孔隙， 从而得到多孔陶瓷。 利用陶瓷悬浮液进行发泡来制备多孔陶瓷是一种十分经济

1.2 发泡工艺
发泡工艺最早在 1973 年由 Sunderman 在陶瓷组 分中加入了碳化钙、硫酸铝、氢氧化钠和双氧水发 明。Schwartzwalder K等[8]将无机或有机物加入陶瓷 组分，通过化学反应产生的挥发性气体形成气泡， 并在干燥过程中制成多孔陶瓷。此工艺与传统工艺 相比较多了一个干燥使发泡剂产生气体的过程，所 以理论上只要在干燥温度内能产生气体的物质都能 用作发泡剂。该工艺的特点是能制得小孔径的气 孔，但是工艺条件无法较好控制，对原料的要求较 高。H.X.Peng等 将聚氨酯泡沫材料和陶瓷成分按一 定比例混合后，再直接进行发泡，得到均匀的含有 陶瓷粉料的聚氨醋的多孔结构，然后进行脱胶和烧 结得到多孔陶瓷。

高，孔隙率一般低于50%。
膜分离制备中最活跃的研究领域之一，已引起国内 外众多研究者的关注，但该工艺需要严格的条件， 还有很多问题需要改进和处理。目前，樊栓狮等 [12] 利用TEOS制备出了3nm孔径的SiO2陶瓷膜，加入高 沸点、表面张力小的 DMF能有效的防止膜开裂，制 得均匀孔径的无机膜。沈军[13]等以TEOS为原料，采 用sol-gel工艺制备了纳米级SiO2气凝胶，用超临界干 燥工艺解决了干燥过程中凝胶的收缩开裂问题，制 得的 SiO 2气凝胶是轻质、多孔、具有连续网络结构 的非晶固态材料。
Abstract: As a kind of new material, porous ceramics have three-dimensional porous structure and
excellent properties in chemical stability, thermal stability, resistance acid and alkali and so on. This paper introduces the development and research of porous ceramics technology, and analyzes its technological characteristics, and points out the main problems and trend.

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。

多孔陶瓷制备工艺1. 多孔陶瓷概述多孔陶瓷又被称为微孔陶瓷、泡沫陶瓷，是一种新型陶瓷材料，是由骨料、粘结剂和增孔剂等组分经过高温烧成的，具有三维立体网络骨架结构的陶瓷体。

多孔陶瓷是近30年来受到广泛关注的一种新型陶瓷材料，因其基体孔隙结构可实现多种功能特性，所以又称为气孔功能材料。

多孔陶瓷不仅具有良好的化学稳定性及热稳定性．而且还具有优异的透过性、高比表面积、极低的电导率及热导率等性能。

可用作过滤材料、催化剂载体、保温隔热材料、生物功能材料等，目前已经广泛应用于化工、能源、冶金、生物医药、环境保护、航空航天等诸多领域。

多孔陶瓷一般可按孔径大小分为3类：微孔陶瓷(孔径小于2nm)、介孔陶瓷(孔径为2～50nm)及宏孔陶瓷(孔径大于50nm)。

若按孔形结构及制备方法，其又可分为蜂窝陶瓷和泡沫陶瓷两类，后者有闭孔型、开孔型及半开孔型3种基本类型。

根据陶瓷基体材料种类，将其分为氧化铝基、氧化锆基、碳化硅基及二氧化硅基等。

需要指出的是，多孔陶瓷种类繁多，可以基于不同角度进行分类。

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。

2.1 多孔陶瓷的传统制备工艺2.1.1 添加造孔剂工艺该工艺通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而成气孔来制备多孔陶瓷。

多孔氧化物陶瓷的可控烧结制备及性能研究一、本文概述随着材料科学的快速发展，多孔氧化物陶瓷因其独特的孔结构和优异的物理化学性能，在众多领域如催化剂载体、能源存储与转换、环境保护等方面展现出广阔的应用前景。

然而，多孔氧化物陶瓷的制备过程复杂，其孔结构、孔径分布和性能受多种因素影响，如原料性质、烧结工艺等。

因此，研究多孔氧化物陶瓷的可控烧结制备技术，探索其性能调控机制，对于推动多孔氧化物陶瓷的实际应用具有重要意义。

本文旨在探讨多孔氧化物陶瓷的可控烧结制备技术，并分析其性能与微观结构之间的关系。

我们将概述多孔氧化物陶瓷的基本性质和应用领域，然后详细介绍可控烧结制备的原理和方法，包括原料选择、配方设计、成型工艺和烧结过程控制等。

接着，我们将通过实验手段研究不同制备条件下多孔氧化物陶瓷的孔结构、微观形貌和性能变化，揭示其性能调控机制。

我们将总结多孔氧化物陶瓷的可控烧结制备技术及其对性能的影响，并展望未来的研究方向和应用前景。

本文的研究结果将为多孔氧化物陶瓷的可控制备提供理论依据和技术指导，有助于推动多孔氧化物陶瓷在各个领域的应用发展。

二、多孔氧化物陶瓷的制备技术多孔氧化物陶瓷的制备技术主要包括模板法、溶胶-凝胶法、泡沫法、添加造孔剂法等。

这些方法各有其特点，可根据所需的孔结构、孔径大小以及孔隙率等特性进行选择。

模板法是一种通过利用具有特定孔结构的物质作为模板，再填充陶瓷前驱体，经过煅烧后去除模板，从而得到具有特定孔结构的多孔氧化物陶瓷的方法。

模板法可以制备出具有高度有序孔结构的多孔陶瓷，但其制备过程相对复杂，成本较高。

溶胶-凝胶法则是通过将金属醇盐或无机盐等原料在溶液中进行水解、缩聚反应，形成溶胶，再经过老化、凝胶化、干燥和烧结等过程，得到多孔氧化物陶瓷。

溶胶-凝胶法可以制备出孔径小、孔径分布均匀的多孔陶瓷，但制备过程中需要控制的因素较多，如溶液浓度、pH值、温度等。

泡沫法是一种利用气体发泡原理制备多孔陶瓷的方法。

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。
有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原
状并足以弹回而没有过量的变形，留下涂
覆在泡沫纤维上的陶瓷，然后，经干燥、 高温烧结，进而完全烧尽聚合物，最后余 下一个内连开口气孔三维网状骨架和孔隙 结构(即泡沫结构)的纯粹陶瓷复制品。
料浆，而后在高温下燃尽载体材料而形
成孔隙结构。
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。
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。
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。
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。
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。
(2) 利用可燃尽的多孔载体吸附陶瓷
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。
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。
(４) 利用材料的热分解、相变、
离析而形成小孔隙。
多孔陶瓷的制备方法 及形成机理
一、多孔陶瓷的制备方法
3.1 粒状陶瓷的制备 3.2 蜂窝陶瓷的制备

多孔陶瓷骨修复材料的制备和骨组织工程中的应用随着人口老龄化的加剧和骨损伤等骨相关疾病的增加，对于骨修复材料的需求越来越高。

多孔陶瓷骨修复材料在骨组织工程中具有很大的潜力，逐渐成为骨修复领域的热点研究方向。

本文将介绍多孔陶瓷骨修复材料的制备方法以及在骨组织工程中的应用前景。

多孔陶瓷骨修复材料的制备主要包括原料选择、制备工艺、孔隙结构的控制等环节。

原料选择是多孔陶瓷骨修复材料制备的首要步骤。

通常选择的材料包括氧化锆（ZrO2）、羟基磷灰石（HA）、β-三磷酸钙（β-TCP）等。

这些材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够促进骨组织再生。

制备工艺主要有烧结法、凝胶注模法、切割法等。

其中，烧结法制备的多孔陶瓷骨修复材料具有较高的力学性能和生物相容性，但孔隙结构不易调控；凝胶注模法制备的多孔陶瓷骨修复材料孔隙结构可控制性强，但力学性能相对较差。

因此，制备过程中需要根据具体需求选择合适的制备工艺，并通过后续的表面处理、改性等方法进一步优化材料性能。

多孔陶瓷骨修复材料在骨组织工程中具有广阔的应用前景。

首先，在骨缺损修复方面，多孔陶瓷骨修复材料能够提供良好的骨结合性和骨再生能力，促进骨组织的生长。

其孔隙结构可以提供生长因子的载体，有利于生长因子的控制释放，进而促进骨细胞的增殖和分化。

其次，多孔陶瓷骨修复材料还可以用于人工关节的替代。

通过与骨组织的无缝连接，可以实现生物力学功能的恢复。

此外，在口腔修复和植入材料领域，多孔陶瓷骨修复材料也得到了广泛应用。

其生物相容性和生物活性能够减少植入材料与机体之间的反应和排斥，提高植入材料的稳定性和生物学效应。

然而，多孔陶瓷骨修复材料仍然存在一些挑战和问题。

首先，材料的力学性能和孔隙结构之间存在矛盾。

孔隙结构越大，更有利于细胞的生长和骨成生，但相应地，材料的力学性能会降低。

因此，如何在兼顾力学性能的同时保持良好的孔隙结构成为需要解决的难题。

其次，多孔陶瓷骨修复材料的生物降解性也需要进一步研究。

该工艺通过水作为压力传递介质制备各种孔 径多孔陶瓷。其简单制备步骤为:硅凝胶和10%(质 量百分数)的水混合,置于高压釜中(压力10~15MPa, 温度300℃),通过水蒸汽的挥发而制成多孔陶瓷。 水热-热静压工艺中,反应时间一般为10~180 min。 在25MPa下处理60 min,制得的多孔陶瓷材料体积 密度为0.88 g/c,孔体积为0.59c/g,孔尺寸分布范围为 30~50 nm,抗压强度高达80MPa。多孔陶瓷水热-热 静压工艺具有以下优点:制得的多孔陶瓷材料抗压 强度高、性能稳定、孔径分布范围广。
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。
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。
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
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。
作为隔膜材料
在电解法生产双氧水工艺中，用多孔
多孔陶瓷的孔结构特征与陶瓷本身的优异性能结 合,使其具有均匀的透过性、发达的比表面积、低密度、 低热导率、低热容以及优良的耐高温、耐磨损、耐气候 性、抗腐蚀性和良好的刚度、一定的机械强度等特性。 这些性能使多孔陶瓷成为发展迅速,应用广泛,前景广阔 的新型材料。
2.2多孔陶瓷的孔隙形成机理 多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔, 坯体中含有大量可燃物或者可分解物形成的空隙,坯 体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成 形过程中引入的有机前驱体燃烧形成的孔隙。一般 采用骨料颗粒堆积法和前驱体燃尽法均可以制得较 高的开口气孔的多孔陶瓷制品;而采用可燃物或分解 物在坯体内部形成的气孔大部分为闭口气孔或半开

ｓ ｒ ｋ ｇ ｆ ｏｒ ｕ ｅ ａ ｉ ｈ ｉ ａ ｅｏ ｏ ｓｃ ｒｍ ｃ ｎ ｐ ｓ
图 １ 多孔陶瓷制备的工艺流程图
Ｆｇ １Ｔｈ ｌｗ ｈ ｒ ｏ ｏ ｏ ｓ ｃ ｒ ｍｉ ｒ ｐ ａ ｉｎ ｉ． ｅｆ ｏ ｃ ａ ｔ ｆ ｒ ｕ ｅ ａ ｃｐ ｅ ａｒｔ ｐ ｏ
大学材料 与化 工学 院 ， 南 海 口 ５０ ２ ；． 津师 范大 学物理 与 电子信 息学 院 ， 津 ３０８ ；． 华大学材料 海 ７ ２８２天 天 ０３７３清 科 学与 工程 学院新 型 陶瓷与精 细 工艺 国 家重 点 实验 室， 北京 １０８ ） ００４
摘 要
以石英砂为主要原料 ， 用液相烧结法 ， 采 经半干压成型制备石英质多孔陶瓷。采用 Ｓ Ｍ 对多孔陶瓷的显微结构进行表征 。 Ｅ 探 讨了烧结温度 、 保温时间对多孔 陶瓷孔隙率及断裂强度的影响 。结果表明 ： 随着烧结温度升高 ， 保温 时间延长 ， 石英质多孔 陶瓷的 孔隙率下降 、 断裂强度不 断增 大； 最佳烧 结温 度为 １５ ２ ０℃ ， 最佳保温时 间为 ３ ｉ 。 ０ ｎ 在最佳烧结工艺条件下 ， ａ ｒ 制备得到高孔隙率陶
多孔陶瓷是一种经高温烧结、 内部具有大量彼此 相通或闭合的结构陶瓷 ， 具有密度低 、 抗腐蚀 、 耐高温
及 良好的隔 热性能 等优 点 ， 因而 多孔 陶瓷 日益成 为 一
盐 矿物 ， 其主要 成分 是 ＳＯ 。海 南省 石英砂 资源储 量 ｉ
非常丰富 ，是世界著名的石英砂富集区之一 ，其中
约资源更具有重要的意义［１ ２。但是 目前对于多孔陶 － ７
瓷的研 究大 多集 中以碳 化 硅 、 化 铝 、 化锆 等 为 主 氧 氧
２ 实验部 分
２１ 原材 料及 实验 工艺 ．

①通过SEM（扫描电镜）观察多孔陶瓷的显微结果，
分析不同体积分数下孔径形状大小。 ②选取不同比列制成的样品，首先，在精密电子 天平上称取干燥后的试样，即试样在空气中重量 m1（干重）。第二步，排除试样气孔中的空气： 采用减压渗透法使介质（水）充满多孔陶瓷的孔 隙，即用细铜丝套住陶瓷样品放入抽滤瓶中使其 悬空，不要接触到水面，密封抽滤瓶口，此时多 孔陶瓷靠细铁丝套住悬于液面上方，细铁丝留一 半在抽滤瓶外以便控制陶瓷样品的上下移动，开 始抽真空。再通过移动细铁丝缓慢放下陶瓷样品 至液面下方，恢复正常大气压，再保持5min后取 出。
第三步，将上述试样用细铜丝固定并同时浸没
在液体中称试样的浮重m2。第四步，从浸液中 取出试样用湿毛巾小心擦去表面多余的液滴， 注意不能把气孔中的液体吸出，立即称出在空 气中的饱和重量m3（所有数据均测量3次后取平 均值）。分别测出样品的干量m1，湿重m3以及 浮量m2后，再来计算出多孔陶瓷的开孔气孔率、 体积密度。
碱煮沸干燥后质量为m2 ④可以考虑陶瓷成品在无机重金属废水中的的 吸附作用，以及样品中所含偏钛酸盐的光催化 作用。
（3）多孔陶瓷性能的影响因素
①造孔剂种类及含量（本实验选用过氯化铵、
尿素） ②粘结剂种类及含量（本实验选用过PVA聚乙 烯醇、淀粉） ③研磨时间（2-5h） ④烧结制度 ⑤助溶剂的种类和用量（本实验选用硫酸铝、 硅酸钠等）
本课题研究以攀枝花本地钛精矿作为骨料，加入氯化铵作 为造孔剂，适量的高炉渣粉末作为混合成型剂，适量的淀 粉溶胶作为粘结剂（要求为15%的可溶性淀粉）。然后将配 制好的浆料放入研钵内混合均匀成糊状，同时不停搅动研 钵2-3小时直至糊状物造粒成为细小颗粒（一般要求过40目 筛子）并称取约2g左右为一份的量，将称取完毕的样品小 心放入压片机的模具槽内，采用相同压力20Mpa压制成型， 稳压1-2min后取出晾干准备烧制。经过干燥后，将成型的 样品放入高温烤箱中进行烧结，烧结完成后，烤箱自然降 温至常温后取出成品。

➢ ➢ ➢ ➢ ➢
热压烧结特点 所需的成型压力仅为冷压法1/10 降低烧结温度和缩短烧结时间，抑制了晶粒的生长 能得到良好力学性能、电学性能的产品 能生产形状复杂、尺寸精确的产品 缺点：生产效率低、成本高
(a) 电阻间热式；(b)感应间热式；(c)电阻直热式；(d)感应直热式
加热装置
加压活塞 油压室
d ( / 0 ) lv = A( g ) dt rs
A(g)为几何常数，是体积、密度和接触
几何形状的函数；γlv为固液接触面的表
面能；rs为固体颗粒的半径；η为粘度
溶解-沉淀

较小的固体颗粒或颗粒表面凸起部分溶解，在较大颗粒表面沉积 ，晶粒长大和晶粒形状变化，进一步致密化。 对于多组分系统，在受压颗粒接触区的高溶解物，通过液相扩散 ，向晶粒非受压区迁移，然后在非受压（自由）固相表面再沉淀

气孔排除

在烧结中期，相互连续的气孔通道开始收缩，形成封闭的气孔，
气孔封闭后，进入最后阶段。 在烧结末期，几个过程可以同时发生，包括晶粒和气孔的生长和

粗化，液相组分扩散进入固相，固相、液相或气相间反应产物的
形成。

液相烧结在结构陶瓷、电子陶瓷等领域大量应用。
纯Si3N4难进行固相烧结，须加入添加剂，如MgO, Y2O3, Al2O3。
表面扩散
晶格扩散 蒸发-凝聚 气相扩散
晶粒表面
晶粒表面 晶粒表面 晶粒表面
颈部
颈部 颈部 颈部
表面扩散率Ds
晶格扩散率D1 蒸气压差Δp 气相扩散率Dg
固相烧结的主要传质方式是扩散传质 存在表面扩散、晶界扩散和体积扩散，不是每种扩散传质均能
导致材料收缩或气孔率降低。
物质以表面扩散或晶格扩散方式从表面传递到颈部，不会引起 中心间距的减小，不会导致收缩和气孔率降低 颗粒传质从颗粒体积内或从晶界上传质到颈部，会引起材料的 收缩和气孔消失，真正导致材料致密化 材料的组成、颗粒大小、显微结构(气孔、晶界)、温度、气氛 及添加剂等都会影响扩散传质，进而影响材料的烧结。

实验一多孔陶瓷的制备与加工一、实验目的1. 了解多孔陶瓷的用途2. 掌握多孔陶瓷的制备方法3. 了解多孔陶瓷的制备工艺二、实验原理多孔陶瓷是一种新型陶瓷材料，也可称为气孔功能陶瓷，它是一种利用物理表面的新型材料。

多孔陶瓷具有如下特点：巨大的气孔率、巨大的气孔表面积；可调节的气孔形状、气孔孔径及其分布；气孔在三维空间的分布、连通可调；具有其它陶瓷基体的性能，并具有一般陶瓷所没有的主要利用与其巨大的比表面积相匹配的优良热、电、磁、光、化学等功能。

实际上，很早以前人们就使用多孔陶瓷材料，例如，人们使用活性碳吸附水份、吸附有毒气体，用硅胶来做干燥剂，利用泡沫陶瓷来做隔热耐火材料等。

现在，多孔陶瓷，尤其是新型多孔陶瓷的应用范围广多了。

1. 多孔陶瓷的种类多孔陶瓷的种类很多，按所用的骨料可以分为以下六种：按孔径分为以下三种情况：2. 多孔陶瓷的制备：陶瓷产品中的孔包括：（1）封闭气孔：与外部不相连通的气孔（2）开口气孔：与外部相连通的气孔下面介绍多孔陶瓷中孔的制备方法和制备技术2.1孔的形成方法：（1）添加造成孔剂工艺：陶瓷粗粒粘结、堆积可形成多孔结构，颗粒靠粘结剂或自身粘合成型。

这种多孔材料的气孔率一般较低，20～30%左右，为了提高气孔率，可在原料中加入成孔剂(porous former)，即能在坯体内占有一定体积，烧成、加工后又能够除去，使其占据的体积成为气孔的物质。

如碳粒、碳粉、纤维、木屑等烧成时可以烧去的物质。

也有用难熔化易溶解的无机盐类作为成孔剂，它们能在烧结后的溶剂侵蚀作用下除去。

此外,可以通过粉体粒度配比和成孔剂等控制孔径及其它性能。

这样制得的多孔陶瓷气孔率可达75%左右，孔径可在μｍ—ｍｍ之间。

虽然在普通的陶瓷工艺中，采用调整烧结温度和时间的方法，可以控制烧结制品的气孔率和强度，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，则制品的强度低，无法兼顾气孔率和强度，而采用添加成孔剂的方法则可以避免这种缺点，使烧结制品既具有高的气孔率，又具有很好的强度。

多孔SiC陶瓷的制备与应用摘要多孔SiC陶瓷具有高温强度高、抗氧化、耐磨蚀、抗热震、较高的热导率及微波吸收能力等特点，在过滤材料、复合材料骨架、催化剂载体和吸声材料方面应用广泛。

本文从产业化及应用的视角，综述多孔SiC陶瓷的多种制备技术及工艺特点，介绍多孔SiC陶瓷的应用情况，展望其发展方向并提出技术发展建议。

关键词多孔陶瓷;SiC;制备技术;应用0 前言多孔陶瓷是指经过特殊成型和高温烧结工艺制备的一种具有较多孔洞的无机非金属材料[1]，具有耐高温、开口孔隙率高、比表面积大、孔结构可控等特点，因而在吸附、分离、过滤、分散、渗透、换热隔热、吸声、隔音、催化载体、传感以及生物医学等方面都有着广泛的应用[2]。

商业化的多孔陶瓷以SiC、SiO2、Al2O3等材质为主。

多孔SiC陶瓷还具有高温强度高、抗氧化、耐磨蚀、抗热震好、比重小、较高的热导率及微波吸收能力等特点，在过滤材料、催化剂载体、吸声材料和复合材料骨架材料方面应用广泛。

本文以多孔SiC陶瓷材料为例，从产业化及应用的视角，综述多孔陶瓷的多种制备方法以及工艺特点，介绍其应用，并为高性能多孔SiC陶瓷的发展和应用提出了建议。

1 制备技术本文根据多孔陶瓷孔隙成因及成型工艺特点，将其制备方法分为：造孔剂法、有机泡沫浸渍法、3D打印法、模板法以及其他方法，详述如下：1.1 造孔剂法造孔剂法基本原理是在陶瓷配料中添加可烧失的造孔剂，利用造孔剂在陶瓷坯体中占据一定空间，经过排塑和高温烧结等方法让造孔剂离开基体从而形成孔隙，从而得到多孔陶瓷。

造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程与传统的陶瓷工艺类似，主要有混料、成型和烧结等工序，成型工艺可以选用模压、挤压、等静压、注射和注浆等。

多孔陶瓷中气孔的大小、形状和孔隙率决定于造孔剂颗粒的大小、形态以及用量，因此关键在于造孔剂的种类和用量的选用。

郭兴忠[3]等采用淀粉为造孔剂，氧化铝和氧化钇为烧结助剂，以传统造粒粉模压工艺成型，制备了多孔SiC陶瓷，發现高造孔剂含量是可以产生大的气孔和较高的气孔率，通过调节造孔剂用量可以控制和调节孔结构，淀粉对多孔碳化硅陶瓷的物相成分没有影响。

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
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。
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。
(４) 利用材料的热分解、相变、
离析而形成小孔隙。
膨润土---泡沫结构材料的粘结剂，
烧结时产生玻璃相，增加流动性； 高岭土---与膨润土有相似作用；
AlPO4---是一种空气固化剂或粘结剂，
无需加热即可使陶瓷浆硬化(但最好还是 经烘干)，它与金属熔体不起化学反应。 AlPO4最好配成50％水溶液使用。
二、多孔陶瓷的形成机理
(1) 利用骨料颗粒的堆积，粘接形成多
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。
有机材料在陶瓷料浆注入后能恢复原
状并足以弹回而没有过量的变形，留下涂
覆在泡沫纤维上的陶瓷，然后，经干燥、 高温烧结，进而完全烧尽聚合物，最后余 下一个内连开口气孔三维网状骨架和孔隙 结构(即泡沫结构)的纯粹陶瓷复制品。
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 陶瓷烧结体无大差别。

成绩______多孔陶瓷材料的制备工艺材料化学专业 2011级罗庆芬指导教师：周芸摘要: 概述了多孔陶瓷的形成机理, 并详细介绍了多孔陶瓷的制备工艺, 具体阐述了各种方法的特点。

关键词:多孔陶瓷；形成机理；制备工艺Abstract: this paper summarizes the formation mechanism of porous ceramics, and introduces in detail the preparation technology of porous ceramics, detailed elaborated the characteristics of various methods.Key words: porous ceramics; The formation mechanism; The preparation process1 引言陶瓷材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料。

而多孔陶瓷材料是以刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料、经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口气孔率的一种多孔性陶瓷材料、具有耐高温，高压、抗酸、碱和有机介质腐蚀，良好的生物惰性、可控的孔结构及高的开口孔隙率、使用寿命长、产品再生性能好等优点，可以适用于各种介质的精密过滤与分离、高压气体排气消音、气体分布及电解隔膜等。

2 多孔陶瓷的空隙形成机理[1]多孔陶瓷就微孔结构形式可分为2 种:闭气孔结构和开口气孔结构。

闭气孔结构是指陶瓷材料内部微孔分布在连续的陶瓷基体中, 孔与孔之间相互分离, 而开口气孔结构又包括陶瓷材料内部孔与孔之间相互连通和一边开口, 另一边闭口形成不连通气孔2 种。

多孔陶瓷的孔隙结构通常是由颗粒堆积形成的空腔、坯体中加入的大量的可燃物或者可分解物形成的空隙、坯体形成过程中机械发泡形成的空隙以及由于坯体成型过程中引入的有机前躯体燃烧形成的孔隙等。