多孔陶瓷材料論述[谷風文書]

1、多孔材料論述第一章 多孔材料概述21.1 多孔材料的概念21.2 多孔材料的類型21.2.1 多孔金屬材料31.2.2 多孔陶瓷材料61.2.3 泡沫塑料101.3 結束語13第二章 多孔材料的應用142.1 多孔金屬材料的應用142.2 多孔陶瓷材料的應用172.3 泡沫塑料的用途192.4 結束語21第三章 多孔金屬制備22第四章 多孔陶瓷制備234.1 擠出成型工藝234.2 顆粒堆積成孔工藝244.3 添加造孔劑工藝244.4發(fā)泡工藝244.5溶膠-凝膠(Sol Gel)工藝254.6 冷凍干燥工藝254.7 多孔模板組織遺傳形成氣孔的制備工藝25第五章 泡沫塑料的制備285.1 泡沫

2、塑料的發(fā)泡原理285.1.1 泡沫塑料的原材料285.1.2 發(fā)泡方法285.1.3 氣泡核的形成285.1.4 氣泡的長大285.1.5 泡體的穩(wěn)定和固化295.1.6 幾種泡沫塑料的發(fā)泡成形295.2 泡沫塑料的成形工藝30多孔材料論述第一章 多孔材料概述多孔材料普遍存在于我們的周圍，在結構、緩沖、減振、隔熱、消音、過濾等方面發(fā)揮著重大的作用。高孔率固體剛性，高面密度低，故天然多孔固體往往作為結構體來使用，如本材和骨骼，而人類對多孔材料的使用，則不但有結構方面的而且還開發(fā)了許多功能用途。本章主要介紹這種重要材料的基本概念和特點。1.1 多孔材料的概念顧名思義，多孔材料是一類包含大量孔隙的材

3、料。這種多孔團體材料主要由形成材料本身基本構架的連續(xù)固相和形成孔隙的流體相所組成。其中流體相又可隨孔隙中所含介質的不同而出現(xiàn)兩種情況，即介質為氣體時的氣相和介質為液體時的液相。那么，是否含有孔隙的材料就能稱為多孔材料呢?回答是否定的。比如在材料使用過程中經(jīng)常遇到的孔洞、裂隙等以缺陷形式存在的孔眩，它們的出現(xiàn)會降低材料的使用性能，這是設計者所不希望的，因而這些材料就不能叫做多孔材料。所謂多孔材料，必須具備如下兩個要素：一是材料中包含有大量的孔隙；二是是所含孔隙被用來滿足某種或某些設計要求以達到所期待的使用性能指標?？梢?，多孔材料中的孔隙是設計者和使用者所希望出現(xiàn)的功能相，它們?yōu)椴牧系男阅芴峁﹥?yōu)化

4、作用。1.2 多孔材料的類型多孔材料的相對孔隙含量(即孔率，又稱孔隙率或孔隙度)是變化的。根據(jù)孔率的大小可將其分為中低孔率材料和高孔率材料，前者的孔隙多為封閉型，其中孔隙的行為類似于材料中的夾雜相；后者則隨孔隙形態(tài)和連續(xù)固相形態(tài)而呈現(xiàn)出三種形式(見圖11)。其個第一種形式為連續(xù)固體作多邊形二維排列，孔隙相應地早柱狀分隔地存在，類似于蜜蜂的六邊形巢穴，因而可將這種二維多孔材料形象的稱為“蜂窩材料” ；第二種形式是連續(xù)固體呈三維網(wǎng)狀結構，形成的孔隙相互連通，這種三維多孔材料被稱為“開孔泡沫材料” ；第三種形式為連續(xù)固體誠多面體壁面結構，從而分隔出一個個封閉的孔隙，這種三維多孔材料稱為“閉孔泡沫材料

5、” 。還有介于開孔泡沫材料和閉孔材料兩種形態(tài)之間的“半開孔泡沫材料” 。 就獲取方式的不同，廣義的多孔材料又可分為天然多孔材料和人造多孔材料兩大類。天然多孔固體的存在是普遍的，例如動物和人類用來支撐軀體的骨骼。植物用來進行光合作用的葉片，還有木材、海綿和珊瑚等。植物葉片和活樹干中所含孔隙內(nèi)的流體相均為液體，即樹液。而人造多孔材料中所含孔隙內(nèi)的液體相多為氣相。對于人造多孔材料，還可按材質組成的不同再分為以下幾種類型。1.2.1 多孔金屬材料多孔金屬材料在近20年里得到迅速發(fā)展，它是一種兼具功能和結構雙重屬性的新型工程材料。這種輕質材料不僅保留了金屬的可焊性、導電性及延展性等特性。而巳具備吸能減振

6、、消音降噪、電磁屏蔽、透氣透水、低熱導率等多孔材料的特性。因此，其應用范圍在不斷擴大，這方面的研究國際材料科學界的一個前沿性熱點問題。下面根據(jù)制備方法，對多孔金屬材料的主要特點作一簡單介紹。1.2.1.1粉末燒結型該類多孔材料一般由球狀或不規(guī)則形狀的金屬粉末或合金粉末經(jīng)成形與燒結而制成。由于選用原料和工藝制度的不同，所得多孔體具有各種不同的孔率、孔徑和孔徑分布。其特點為透過性能良好，孔徑孔幸可調，比表面積大，耐高溫和低溫，以及抗熱震等。粉末燒結型多孔金屬材料是發(fā)展較早的一種，況徑大都小于0.3mm，孔率一般不高于30，但也可通過特殊的工藝制成孔率大于30的產(chǎn)品。在冶金、化工等部門，為強化某些工

7、藝，往往需要高溫和高壓，相應地要求有耐高溫、耐高壓的過濾與分離材料；在催化反應中，需要有高比表面積的催化劑材料以提供盡可能大的反應接觸面；為保證航空與液壓系統(tǒng)安全可靠地工作，需要對各種油類與工作氣體進行嚴格的精過濾；航空與火箭的高溫工作部分要求有孔隙結構均勻的耐高溫與抗熱震多孔材料作發(fā)散冷卻的基體，等等。一般的有機、陶瓷或玻璃等多孔體總是難以同時滿足強度、塑性、高溫等使用條件的要求，粉末冶金多孔金屬材料在一定程度上彌補了以上各類多孔材料的不足，從而得到迅速發(fā)展。早在1909年，國外專利就提到過粉末冶金多孔制件，到20世紀20年代末至30年代初出現(xiàn)了若干制取粉末冶金過濾器的專利。第二次世界大戰(zhàn)期

8、間，由于軍事上的目的，粉末冶金多孔材料得到迅速發(fā)展：飛機、坦克上采用粉末冶金過濾器；多孔鎳用于雷達開關，多孔鐵代替銅做炮彈箍；鐵過濾器用于火焰噴射器等。20世紀50年代，利用發(fā)散冷卻的方法將抗氧化多孔材料用于噴氣發(fā)動機的燃燒室和葉片上，以提高發(fā)動機的效率。隨著化工、冶金、原子能、航空與火箭技術的發(fā)展，后來還研制出了大批耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、高透氣性的粉末冶金多孔材料。20世紀60年代出現(xiàn)了Hastelloy、Inconel、鈦、不銹鋼等抗腐蝕、耐高溫的粉末燒結多孔產(chǎn)品和特殊用途的多孔鎢、鉭及難熔金屬化合物等多孔材料。到目前為止，大量生產(chǎn)與應用的粉末燒結多孔材料主要是青銅、不銹鋼、鎳及鎳合金、

9、鈦、鋁等。1.2.1.2 纖維燒結型這類多孔金屬材料是緣于上述應用對已有多孔體的改進。一般說來，用金屬纖維制成的多孔材料，其性能優(yōu)于用金屬粉末制成的多孔材料。比如用直徑與金屬粉末粒度相同的金屬纖維所制取的過濾材料，其滲透型要比用粉末制取的高十幾倍。此外，它還具有較高的機械強度、抗腐蝕性和熱穩(wěn)定性。該類材料孔隙綠可達90%以上，全部為貫通孔，塑性和沖擊韌性好，容塵量大，可用于許多過濾條件苛刻的行業(yè)，被稱為“第二代多孔金屬過濾材料”。發(fā)展較早的是美國MEMTEC公司，隨后，比利時、日本、中國等相繼建立生產(chǎn)線并進行規(guī)模化生產(chǎn)。圖1.1顯示一種由金屬纖維燒結工藝制備的多孔體結構。圖1.1 一種燒結金屬

10、纖維多孔材料的微觀形貌1.2.1.3 鑄造型 該類多孔金屬材料均是由熔融金屬或合金冷卻凝固后形成的多孔體，隨不同的鑄造方式可覆蓋很寬的孔隙范圍并具有各種形狀的孔隙，其典型代表是泡沫鋁。其產(chǎn)品大多數(shù)為閉孔隙和半通孔的多孔材料，但也可鑄成三維連通孔隙的高孔率產(chǎn)品。1.2.1.4 沉積型該類多孔金屬材料是由原子液態(tài)金屬在有機多孔基體內(nèi)表面沉積后，去除有機體并燒結而成的，其主要特點是孔隙連通，孔隙高（均在80%以上），具有三維網(wǎng)狀結構。這類多孔材料是一種性能優(yōu)異的新型功能結構材料，在多孔金屬領域占據(jù)特別重要的地位。從某種意義上說，它綜合了低密度、高孔率、高比表面積、高孔隙連通性和均勻性等指標，這是其他

11、任何多孔金屬產(chǎn)品都不能達到的。但是，它的特性也決定其強度性能會受到一定限制。這類多孔材料在20世紀70年代就已開始批量制作與運用。而應用的拓寬和使用的需要，促進其在20實際80年代得到迅速發(fā)展。目前，這類材料在國內(nèi)外均已實現(xiàn)大規(guī)模批量生產(chǎn)，其典型代表是泡沫鎳（見圖1.2）和泡沫銅。圖1.2 一種由電沉法制備的泡沫鎳多孔材料1.2.1.5 復合型 該類多孔材料即多孔金屬復合材料。它是將不同金屬或金屬與非金屬復合在一起制成的同一件多孔體，例如在石墨氈上電鍍一層鎳制成的石墨-鎳復合多孔材料；也可以是多孔金屬做芯層制成疊合的金屬復合多孔體，例如不銹鋼纖維氈與絲網(wǎng)制做的復網(wǎng)氈。通過復合，使產(chǎn)品獲得了不同

12、材料各自的優(yōu)點，使材料的綜合性能得以提高，能夠更好的滿足使用者的要求。 此外，還可以采用其他方法制備多孔金屬材料，其中有的可歸于以上類型，有的則自成一類。1.2.2 多孔陶瓷材料該類材料的發(fā)展始于20世紀70年代，主相為氣孔，是一種具有高溫特性的多孔材料。其孔徑從納米級到毫米級不等，孔隙范圍約在20%95%之間。使用溫度可從常溫一直到1600C。1.2.2.1 多孔陶瓷材料的分類一般地，可將多孔陶瓷材料分成兩大類，即蜂窩陶瓷材料和泡沫陶瓷材料。前者的孔穴形成二維系列，后者則由中空多面體（孔穴）作三維排列組成。泡沫陶瓷材料通常還可以進一步細分為兩種，即開孔（或網(wǎng)狀）陶瓷材料以及閉孔陶瓷材料，這取

13、決于各個孔穴是否具有固體壁面。如果形成泡沫體的固體僅包含于孔棱中，則稱為開孔陶瓷材料，其孔隙是相互連通的（見圖1.3）。如果存在于固體壁面，則泡沫體稱為閉孔陶瓷材料，其中的孔穴由連續(xù)的陶瓷基體相互分隔（見圖1.4）。這些差別可通過比較兩種泡沫體的透過性而清楚的看出。圖1.3 一種開孔Zr2(PO4)6陶瓷材料（CMZP）圖1.4 一種閉孔CMZP陶瓷材料的微觀結構有些泡沫陶瓷既存在部分開孔隙，也存在部分閉孔隙。這些多孔網(wǎng)狀結構具有相對低的質量、密度及熱導率，并且具有不同的透過性能，其中開孔體的透過率較高。通過陶瓷材料和制備工藝的適當匹配，還可使多孔陶瓷材料具有相對較高的強度、抗化學腐蝕能力，以

14、及耐高溫性能和均勻的結構。根據(jù)孔隙尺寸的大小，可以對多孔陶瓷材料進行以下分類：孔隙直徑小于2nm的為微孔材料，孔隙直徑在25nm之間的為介孔材料，孔隙直徑在50nm以上的為宏孔材料，。然而這種分類方式并未得到廣泛采用，因為使用多孔材料的規(guī)則是多種多樣的。表1.1列出了上述孔隙尺寸的分類，須注意不要將其與常用于過濾的孔隙尺寸分類方式（表1.2）相混淆。表1.1 多孔陶瓷的孔隙尺寸分類定義孔隙尺寸/nm微孔介孔宏孔50表1.2 過濾材料的孔隙尺寸分類定義孔隙尺寸/nm高超濾超濾微濾顆粒過濾器 1210010050005000按材質的不同，多孔陶瓷主要有以下幾類：1）高硅質硅酸鹽材料，它主要以硬質瓷

15、渣、耐酸陶瓷渣及其他耐酸的合成陶瓷顆粒為骨料，具有耐水性耐酸性，使用溫度達700C；2）鋁硅酸鹽材料，它以耐火粘土熟料熟礬土硅線石和合成莫來石顆粒為骨料，具有耐算性和耐弱堿性，使用溫度達1000C；3）精陶質材料，它以多種粘土熟料顆粒與粘土混合燒結，得到微孔陶瓷材料；4）硅藻土質材料，它主要以精選硅藻土為原料，加粘土燒結而成，用于精濾水和酸性介質；5）純炭質材料，它以低灰分煤或石油瀝青焦顆粒為原料，或加入部分石墨，用稀焦油粘結燒制而成，用于耐水、冷熱強酸、冷熱強堿介質以及空氣的消毒和過濾等；6）剛玉和金剛砂材料，它以不同型號的電熔剛玉和炭化硅顆粒為骨料，具有耐強酸、耐高溫特性，使用溫度可達16

16、00C；7）堇青石鈦酸鋁材料，其特點是熱膨脹系數(shù)小，因而廣泛采用于熱沖擊環(huán)境；8）其他，即采用工業(yè)廢料、尾礦和石英玻璃或普通玻璃為原料制成的材料，視原料組成的不同而用于不同的場合。泡沫陶瓷是多孔陶瓷材料的重要組成部分，開孔泡沫陶瓷具有三維網(wǎng)狀陶瓷骨架結構，是一種孔相互連通的新型多孔陶瓷制品，其特點有1）孔率高，容重低；2）面積大，流體接觸效率高，流體壓力損失小；3）耐高溫，耐化學腐蝕，抗熱震性能好。特別是材料內(nèi)部存在大量的連通孔隙和高比表面能的毛細孔，因而在低流體阻力損失下可保持良好的過濾吸附性能，被廣泛應用于冶金、化工、環(huán)保、能源、生物等領域，如用作金屬熔體過濾、高溫煙氣凈化、催化劑載體和化

17、工精濾材料等。該材料的孔率、容重、阻力損失和透氣度均可通過工藝方法進行調整，孔徑范圍一般在0.1474mm之間，其材質主要有堇青石、氧化鋁或堇青石氧化鋁。采用堇青石主要是為了提高制品的熱震穩(wěn)定性，而采用氧化鋁則是為了提高其強度和耐熱性。隨著對制品耐熱性要求的提高，還開發(fā)了氮化硅和碳化硅等多孔產(chǎn)品。多孔陶瓷材料的研究和開發(fā)已收到普遍的重視，許多應用在技術上已成為可能，特別是其在能源與環(huán)保等關系到國計民生方面的應用，具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。1.2.2.2 多孔陶瓷的特點 多孔陶瓷材料具有如下特性：1）化學穩(wěn)定性好，即選擇合適的材質和工藝，可制成適應各種腐蝕環(huán)境的多孔制品；2）機械強度和剛度高

18、，即在氣壓、液壓或其他應力負載下，孔道形狀與尺寸不會發(fā)生變化；3）耐熱性佳，即由耐高溫陶瓷制成的多孔體可對熔融鋼水或高溫燃氣等進行過濾。 多孔陶瓷的這些優(yōu)良特性非常適應化工、環(huán)保、能源、冶金、電子等領域，而其具體的應用場合又由多孔體自身的結構狀態(tài)決定。它們初期僅作為細菌過濾材料使用，隨著控制材料細孔水平的提高，逐漸用于分離、分散、吸收和流體接觸等方面，而J，泛應用于化工、石油、冶煉、紡織、制藥、食品機械、水泥等工業(yè)部門。此類材料作為吸聲材料、敏感元件和人工骨、齒根等材料也越來越受到重視。隨著它們使用范圍的擴大，其材質也由普通粘土質發(fā)展到耐高溫、耐腐蝕、抗熱沖擊的材質，如SiC、A12O3、堇青

19、石等。1.2.3 泡沫塑料 泡沫塑料又稱多孔塑料，是一種以塑料為基本組分，內(nèi)部含有大量氣泡孔隙的多孔塑料制品。由于泡沫塑料由大量充滿氣體的氣孔組成，因此亦可視為以氣體為填料的復合塑料。一般熱固性塑料、通用塑料、工程塑料和耐高溫塑料等均可制成泡沫塑料，該類多孔體是目前塑料制品中用量最多的品種之一，在塑料工業(yè)中占有重要地位。泡沫塑料的密度取決于氣體與固體聚合物的體積比，低密度泡沫塑料的氣體與團體聚合物的體積比約為9：1，高密度泡沫塑料的氣體與固體聚合物的體積比約為1.5:1，所以泡沫塑料的氣體與固體塑料的體積比在9:11.5:1這一范圍之間。1.2.3.1 泡沫塑料的分類泡沫塑料品種繁多，分類方法

20、也多種多樣，較常用的有如下3種：1）按泡沫的孔隙結構，可分為開孔泡沫塑料和閉孔泡沫塑料。開孔泡沫塑料的泡孔相互連通，其氣體相與聚合物相各自呈連續(xù)分布（見圖1.5（a）。流體在多孔體中通過的難易程度與開孔率和聚合物本身的特性有關。閉孔泡沫塑料的泡孔相互分隔，其聚合物相呈連續(xù)分布，但氣體孤立存在于各個不連通的孔隙之中（見圖1.5（b）。實際的泡沫塑料同時存在著兩種泡沫結構，即開孔泡沫塑料中含有一些閉孔結構，而閉孔泡沫塑料中也含有一些開孔結構。一般地，在被稱為開空結構的泡沫塑料體中，含有的開孔結構多達90%95%。（2）按多孔體的密度， （a） ( b)圖1.5 三維多孔泡沫塑料（a）開孔聚氨酯泡沫

21、體 ( b)閉孔聚乙烯泡沫體可分為低發(fā)泡、中發(fā)泡和高發(fā)泡等3種泡沫塑料。密度在0.4g/cm3以上，氣體/固體發(fā)泡倍率（發(fā)泡倍率是致密度與同種材質的發(fā)泡塑料表觀密度之比）小于1.5的為低發(fā)泡泡沫塑料；密度在0.10.4g/cm3之間，氣體/固體發(fā)泡倍率為1.59.0的為中發(fā)泡泡沫塑料；密度在0.1g/cm3以下，氣體/固體發(fā)泡倍率為大于9的為高發(fā)泡泡沫塑料。也有人將發(fā)泡倍率小于4或5的稱為低發(fā)泡泡沫塑料，將發(fā)泡倍率大于4或5的稱為高發(fā)泡泡沫塑料。還有人將密度0.4g/cm3作為劃分低發(fā)泡和高發(fā)泡兩類泡沫塑料的界限。常用的泡沫塑料制品，如床墊、坐墊、包裝襯塊和包裝膜等多屬高發(fā)泡型；而發(fā)泡板、管、

22、導型材等以塑代木的泡沫塑料多屬低發(fā)泡型。（3）按泡沫體質地的軟硬程度，可分為硬質、軟質和半硬質泡沫材料等3類。在常溫下，泡沫塑料中的聚合物處于結晶態(tài)?；蚱洳ＡЩ瘻囟雀哂诔兀@類泡沫塑料在常溫下質地較硬，稱為硬質泡沫塑料；而泡沫塑料中聚合物晶體的熔點低于常溫，或無定形聚合物的玻璃化溫度低于常溫，這類泡沫醒料在常溫下質地較軟，稱為軟質泡沫塑料；介于這兩類之間的則為半硬質泡沫塑料。根據(jù)這種分類方式，酚醛泡沫塑料、環(huán)氧樹脂泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料、聚碳酸酯泡沫塑料、硬聚氯乙烯泡沫塑料和多數(shù)聚烯烴泡沫塑料等均居于硬質泡沫塑料；而泡沫橡膠、彈性聚氨酯泡沫塑料、軟聚氯乙烯和部分聚烯烴的泡沫體等則屬于軟質

23、泡沫塑料。從量的角度來定義，在23和50的相對濕度條件下，彈性模量大于700 MPa的聚合物多孔體稱為硬質泡沫塑料；在相同的溫度和相對濕度條件下，彈性模量小于70MPa的聚合物多孔體稱為軟質泡沫塑料；而彈性模量在70700 MPa之間的泡沫體則稱為半硬質泡沫塑料。 制備泡沫塑料最常用的樹脂品種有聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)和服甲醛(UF)，其他常用品種還有酚醛(PE)、環(huán)氧(ER)、有機硅(OS)、聚乙烯縮甲醛、醋酸纖維素及聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA)等。另外，近年來不斷增加的品種，如聚丙烯(PP)、聚碳酸酯 (PC)、聚四氯乙烯(PTFE)、尼龍(P

24、A)等也在不斷投產(chǎn)。1.2.3.2 泡沫塑料的特點 盡管泡沫塑料的品種很多，但都含有大量氣孔，所以具有一些共同的特點，如密度小、熱導率低、隔熱性好、可吸收沖擊載荷、緩沖性能佳、隔音性能優(yōu)良及比強度高等。 (1)相對密度低 這也是所有多孔材料的共性。泡沫塑料中含有大量的泡孔，其密度一般僅為對應的致密塑料制品的幾分之一到幾十分之一。加之塑料本身是一種密度較小的材料（聚合物主要由輕原子組成，且分子間由較弱的范德華力結合而不那么緊密，因此密度較低，剛性較?。９逝菽芰袭a(chǎn)品的密度可以很小，是所有多孔材料中密度最小的一類。 (2)隔熱性能優(yōu)良 由于泡沫塑料中存在著許多氣泡，泡孔內(nèi)氣體的熱導率比固體塑料的

25、低1個數(shù)量級，因此泡沫塑料的熱導率比對應的致密塑料大大降低。另外，閉孔泡沫體中氣體相互隔離，也減少了氣體的對流傳熱，有利于提高泡沫塑料的隔熱性。(3) 吸收沖擊載荷性好 泡沫塑料在沖擊載荷作用下，泡孔中的氣體會受到壓縮，從而產(chǎn)生滯流現(xiàn)象。這種壓縮、回彈和滯流現(xiàn)象會消耗沖擊載荷能量。此外，泡沫體還可以較小的負加速度，逐漸分步地終止沖擊載荷，因而呈現(xiàn)出優(yōu)良的減振緩沖能力。(4)隔音效果佳 泡沫塑料的隔音效果是通過以下兩種方式來實現(xiàn)的：一是吸收聲波能量，從而終止聲波的反射傳遞，二是消除共振，降低噪聲。當聲波到達泡沫塑料泡孔壁面時，聲波沖擊泡體，使泡體內(nèi)氣體受到壓縮井出現(xiàn)滯流現(xiàn)象，從而將聲波沖擊能耗散

26、掉。此外，增加泡體剛性，還可以消除或減少泡體因聲波沖擊而引起的共振及產(chǎn)生的噪聲。 (5)比強度高 比強度是材料強度與相對密度的比值。雖然泡沫塑料的機械強度隨孔率增大而下降，但總體上其比強度要遠遠高于孔率相當?shù)亩嗫捉饘倥c多孔陶瓷材料?？招那驙钐盍吓c樹脂基體組成的合成泡沫塑料，具有很高的壓縮比強度，可用作深海船體的彈性介質材料。填料通?？捎每招?或多孔)玻璃、陶瓷顆粒及熱固性(或熱塑性)樹脂等。微球填料也可歸于纖維增強塑料，它可提高纖維增強樹脂體系的韌性。泡沫塑料的增強，促進了具有特殊潛力的材料科學的發(fā)展。盡管由于開發(fā)和應用不足，使其優(yōu)點尚未得到充分利用，但熱塑性增強材料在經(jīng)濟上和技術上均具有一定

27、優(yōu)勢。在不少要求比強度指標的場合，可以考慮其新的用途；也可通過增強技術與其他材料的組合使用，得到性能優(yōu)異的復合泡沫多孔材料，如低密度、低可燃性、低成本并且具有良好的強度性能等。 當然，上述多孔金屬材料、多孔陶瓷材料和泡沫塑料等，均可與其他材料進行復合，從而形成綜合性能更憂的復合多孔材料，滿足更為廣泛的高性能需求。1.3 結束語 材料的多孔化給原來的材料賦予了嶄新的優(yōu)異性能。這種性能的延伸使多孔材料具有致密材料難以勝任的用途，大大托寬了其在工程領域的應用范圍。不管哪一種多孔材料，它們都具有相對密度小、比表面積大、熱導率低、比強度高及吸能性能好等共同屬性。低密度多孔材料可用來設計輕質堅硬部件、大型

28、輕便結構體和各種漂浮物；低熱導率多孔材料可用于簡便隔熱，這種隔熱的效果僅次于價格昂貴而操作較難的真空方法；低剛性泡沫體可作為減振緩沖的理想材料，如彈性體泡沫是機器安裝底座的標推材料，面大的壓縮應變則使其在能量吸收應用方面具有吸引力。在各種保護性場合，多孔材料都存在著一個巨大的市場。第二章 多孔材料的應用根據(jù)材料的結構和性能，多孔材料的應用主要有三個方面：一是作為結構型材料，二是作為功能型材料，三是作為結構和功能結合型材料，其中第三個方面是設計者們更希望追求的。 總的說來，由于孔隙結構形態(tài)的不同和各種材質的互補，以及寬廣的孔率范圍和一定的孔徑分布，多孔材料已廣泛應用于航空航天、電子與通信、原子能

29、、電化學、石油化工、交通運輸、冶金、機械、醫(yī)學、環(huán)保、建筑等領域，涉及流體分離過濾、流體分布、消音降噪、吸能減振、阻尼緩沖、電磁屏蔽、隔熱阻火、熱交換、電化學過程、催化反應工程和生物工程等諸多方面的用途，可制作過濾器、流體分離器、催化劑及催化劑載體、隔音材料、消音器、能量吸收器、減振緩沖器、電磁屏蔽器件、電磁兼容器件、阻燃器、換熱器、散熱器，以及多孔電極等；此外，還可以制作多種復合材料、生物材料(如鈦合金多孔態(tài)人工骨)、填充材料和輕質結構材料。 下面就多孔體所用材質的不同，對多孔金屬材料、多孔陶瓷材料和泡沫塑料的用途分別進行介紹。2.1 多孔金屬材料的應用 相對于致密金屬材料，多孔金屬具有許多

30、優(yōu)良特性，如密度小、比表面積大、能量吸收性好、熱導率低(閉孔體)、換熱散熱能力高(通孔體)、吸聲性好(通孔體)、隔音性佳(閉孔體)、透過性(滲透性)憂(通孔體)、電磁波吸收性好(通孔體)、阻火(通孔體)、耐熱耐火、抗熱震、氣敏(一些多孔金屬對某些氣體十分敏感)、能再生、加工性好等。多孔陶瓷質脆且抗熱震性差，有機泡沫塑料則強度低且不耐火、耐高溫，而多孔金屬克服了這些弱點。因此，多孔金屆兼具多孔材料的絕大部分優(yōu)異性能，其應用幾乎涵蓋了多孔材料的所有用途。例如：利用多孔金屬的均勻透過件可制作各種過濾器、分離器、流體分布器、混合器、滲出元件和節(jié)流元件、氣體輸送帶、氣浮輥筒、氣浮軸承、海水淡化器支撐元件

31、、水銀開關以及印刷、記錄、顯影中的某些部件等；利用其大的比表面積可制作各種多孔電極、催化劑及催化劑載體、電容器、電解槽陽極以及熱交換器等，利用其毛細管現(xiàn)象可制作火箭鼻錐、尾噴管、機冀前沿和禍輪葉片等所使用的各種強制發(fā)散冷卻材料和自發(fā)汗材料、浸漬陰極、燈芯和吸油器等；利用其吸能性可制作各種吸音材料、減振材料、火焰阻止器、聲阻及緩沖器等；利用其低密度、低熱導率以及可變形等特性可制作各種隔熱材料、密封材料、炮彈箍等；利用其強度、韌性、生物相容性(如鈦合金等)的綜合性能可制作多孔態(tài)人工骨骼等。 一般而言，多孔金屬的導電性、導熱性、加工性、裝卸方便性、耐溫性、抗熱震性，以及強度、韌性、抗沖擊能力等綜合力

32、學性能等，均優(yōu)于其他多孔材料。所以，多孔金屬材料在用于多孔電極、電磁屏蔽、換熱散熱、高溫密封和高性能結構等方面，有著其他多孔材料難以比擬的獨特優(yōu)勢。 常用多孔金屬材料的材質有青銅、鎳、鈦、鋁、不銹鋼，以及其他金屬和合金。在所有多孔金屬中受到特別重視的是泡沫鋁。國外研究表明，泡沫鋁材料的使用加強了汽車構架的剛度；穩(wěn)定性大大上升。采用泡沫鋁可減少整個汽車工程的投資，降低生產(chǎn)成本。約有20的汽車車身結構件可用泡沫鋁制造。此外，泡沫鋁還能滿足某些汽車零部件對材料兼具良好的消聲性能和隔熱性能的要求。適應于日益提高的環(huán)保要求，泡沫鋁也正在取代交通運輸工具中使用的傳統(tǒng)發(fā)泡樹脂隔熱材料，這樣可以消除發(fā)生事故時

33、車輛中的有機材料產(chǎn)生的有害煙霧，大大減少了突發(fā)事故中的人員死亡。 在許多應用中，都需要液體或氣體等介質能夠通過多孔材料。尤其是在高速流體流過的情況下，更應有一個極高的開孔率。而承受載荷的結構材料則大多要求是閉孔材料。因此，須有合適的多孔材料滿足這些不同的要求。 承載結構件一定要輕，否則就不如用傳統(tǒng)的塊體金屬或合金來制備。因此，可以選用泡沫鋁、泡沫鎂、泡沫鈦或其他輕質多孔金屬制備。醫(yī)學應用則選用鈦。因為鈦與生物組織的相容性好。在含有侵蝕性介質或高溫情況下，則可選用欽或不銹鋼。 另外，還需要考慮加工和成本問題。工藝上須保證多孔金屬能夠加工成所要求的形狀。成本上須保證所制造的元件價格合理，否則這種多

34、孔金屬的制備工藝也是不能實施的。 表21列舉了粉末冶金法所得多孔材料的應用，表22則概括了多孔金屬的綜合用途。表2.1 粉末冶金多孔材科的應用機能與特性用 途應 用 實 例過 濾氣-固分離各種氣體與氣態(tài)化合物的過濾；高溫姻氣的除塵；氣中的有用物質回收液-固分離各種油類、水、水溶膠、合成樹脂熔融物、熔融金屬以及酸、堿、鹽的過濾氣-夜分離壓維空氣中的除油、除水；液壓油中的氣泡去除液-夜分離油-水分離；水-藥物分離濃縮與分離氣體分離混合氣體的分離；氣體同位素的分離液體分離反滲透法中的滲透膜貫通孔透過特性送入氣體充氣裝置(飲料、發(fā)泡)、氣體輥筒，氣浮軸承，物料輸送板；氣體分布器，氣體發(fā)散材料，氣體噴射

35、器逸出氣體呼吸塞；透氣性金屬模；抑制器(通過多孔塞放出氣休而抑制氣動裝置)透過液體霧化器；海水淡化支撐器；液體取樣分析吸收沖擊消音材料壓維空氣消音；吸聲材料；聲阻緩沖材料緩沖器(防止高能流體脈沖)彈性壓縮材科封印材科，減振器大比表面積化學反應催化劑；催化劑載體；各種電極熱傳導材料 熱交換器；火焰阻止器毛細管現(xiàn)象輸送或供給液體加濕器將液體加在膜帶上，如定影、顯影；滲出器(記錄、印刷)；給油器；燃燒嘴；燈芯；發(fā)汗冷卻材料；消冰裝置(飛機機翼前緣設置多孔體使防陳液體滲出)控制流動控制流動、流速分流；分散板控制氣流層噴射氣體而控制邊界層；使紊流轉變?yōu)閷恿髌渌t(yī) 用人造骨頭填料與絕熱材料墊圈；隔離層陰極

36、材料鋇鎢陰極裝飾品香水寶石；錢幣；獎章表2.2 多孔金屬材料的綜合用途應用領城用 途 舉 例建筑墻面裝飾板；天花板；移動隔斷；滑動門；地板；活動房；其他裝飾件等機械機械夾持裝置，升降機和傳送器的安全墊；高速磨床防護裝置的吸能減振內(nèi)襯交通運輸鐵路輕體車輛結構；車廂地扳：防火墻；各種集裝箱；船舶結構；沖擊能吸收材料；減振緩沖材料；防沖擋板；擋泥板；側門；前板；頂蓋板；汽車底盤填充輕質結構材料；內(nèi)部用具與裝飾件；發(fā)動機隔與防護材航空宇宙飛船的起落架：空降設備的保護；艙壁；飛機零部件電梯；升降釩，托盤；工作臺電子與通信電磁屏蔽室；電于儀器外殼和電磁屏蔽等場合的結構和功能材料，高速列車發(fā)電機室；無線電錄

37、音室民用生活浴室設施；衛(wèi)生間設施，廚房設施環(huán)境保護制造高性能吸音板和隔音墻；高速公路、鐵路的降噪其他告示板；道路標志牌；護欄；包裝材料，黑扳，拋物面天線，鑄塑模(塑料制品)；拋光用的電磁旋轉拋光輪；海洋開發(fā)器材(如管道、浮標等)；網(wǎng)球場地板；化油器浮標；音響器材；熱交換器；過濾器；耐火阻燃與隔熱制品，其他特殊功能的結構等2.2 多孔陶瓷材料的應用多孔陶瓷是一種新型的陶瓷材料，其制造始于20世紀50年代未，而較顯著的發(fā)展和工業(yè)應用則始于20世紀70年代，初期僅作為細菌過濾材料使用。隨著制備工藝技術的不斷提高以及各種高性能產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，多孔陶瓷材料的應用領域和應用范圍也在不斷擴大。因為多孔陶瓷材

38、料具有透過性好、密度低、埂度高、比表面積大、熱導率小，以及耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，因此廣泛地應用于冶金、化工、環(huán)保、能源、生物、食品、醫(yī)藥等領域，作為過濾、分離、擴散、布氣、隔熱、吸聲、化工填料、生物陶瓷、化學傳感器、催化劑和催化劑載體等元件材料。此外，多孔陶瓷還可用作防火材料、氣體燃燒器的燒嘴、高溫膜反應器、制造業(yè)中的散氣隔板、流態(tài)化隔板、電解液隔板、生物發(fā)酵器等。其中由堇青石、莫來石、碳化硅、氧化鋁、部分穩(wěn)定化氧化桔及一些復合材料體系(如SiC-A12O3、A12O3-ZrO2、A12O3-莫來石、莫來石-ZrO2等)制造的多孔陶瓷，已在電子學和生物醫(yī)學等方面有著特殊的用途。 低熱導率、

39、耐高溫、耐磨、耐蝕等陶瓷材料的固有屬性，也成為多孔陶瓷優(yōu)于其他多孔材料的特點。因此，在隔熱、高溫、磨損、腐蝕等場合，多孔陶瓷相對于其他多孔材料而言，具有較大的優(yōu)勢。 當多孔材料作傳輸用途時，其孔隙的連通性十分重要。它在從生物反應器中的多相催化劑和細菌隔離膜，一直到熱燃氣和柴油發(fā)動機排出物的環(huán)境過濾器等，都是關鍵的因素。氣體分離、隔熱、化學傳感器、催化劑和催化劑裁體，細菌固定、顆粒過濾器等用途，全都涉及到多孔體的傳輸性能。 作為一種利用物理表面的新型材料，泡沫陶瓷還可用來制造各種分離裝置、流體分布元件、混合元件、節(jié)流元件，以及多孔電極、保溫材料、輕質結構材料等。 由于多孔陶瓷材料的上述特點，有些

40、場合的用途目前主要由該材料來承擔，而較少或不能由其他多孔材料承擔。如高溫氣體凈化過濾器、柴油機排放物顆粒過濾器、熔觸金屬過濾器、高溫耐化學品可滲透材料設備、高溫隔熱件、高溫結構鑲板芯件、化工過程的分子篩和分離膜、離子交換劑、折射器、電瓷爐內(nèi)襯、濕度傳感器、氣體探測器、熱敏電阻、多孔壓電陶瓷，以及生物醫(yī)學方面的骨酪和牙齒機能恢復重組材料等。多孔陶瓷的各種用途與其孔穴的表面化學特性和尺寸特性密切相關?？籽ǖ谋砻婊瘜W特性取決于陶瓷酌組成、狀態(tài)(結晶質、非晶質的區(qū)別及晶體結構)和孔穴表面處理等因素。例如，不同氧化物(SiO2、A12O3；、TiO2等)的催化作用各不相同，非晶質氧化物中表面的羥基(一O

41、H)或硅氨烷基(SiOH)的有無和多少對表面特性的影咱很大酵素裁體是利用表面的硅氨酵中間分子使酵素與玻璃共價結合，而吸附、吸收性能則取決于孔穴表面的化學組成、晶體結構、非品質、羥基的有無等。利用這種吸附特性的不同，可作為層析的充填材料以及吸附尼古丁的煙草過濾器，利用對各種成分的吸附特性不同則可進行有機溶液混合體的分離。孔穴的尺寸特性中最突出的是孔徑。小于孔徑的物質可通過孔穴面大于孔徑的物質不能進入，由此可對微粒子、微生物和病毒進行分離和過濾。當然，孔穴的分布、形式及比表面積對分離、過濾性能也會產(chǎn)生影響。表2.3列出了一些與孔穴特性對應的多孔陶瓷用途，表2.4則列出了一些與孔穴形態(tài)對應的多孔陶瓷

42、應用。其中最為普遍的應用之一就是用氧化硅含量高的多孔陶瓷制造鐵合金(黑色合金)的熔融金屬過濾器以及用氧化鋁含量高的多孔陶瓷制造非鐵合金(有色合金)的熔融金屬過濾器。表2.3 與孔穴特性對應的多孔陶瓷用途孔穴特性對應用途表面化學特性催化刑載體；吸附、吸收；酵素固定；吸附產(chǎn)物物性變化尺寸特性過濾、分離；微生物的固定；反滲透膜特性；微細發(fā)泡表2.4 與孔穴形態(tài)對應的多孔陶瓷應用孔穴形態(tài)對應用途開口孔穴金屬熔化過濾器；排氣過濾器；催化劑載體；多孔燃燒器；氣體擴擻器；火焰阻止器；骨骼替換材料；細胞/酶/菌的載體；滲透復合材料基體；液體充氣元件閉合孔穴輕質夾層結構；窯具材料；隔熱；沖擊能吸收；藥物傳播系統(tǒng)

43、；高溫下的聲音衰減；加熱元件各向異性孔穴/梯度孔隙熱交換器；氣相反應器；分離膜；化學傳感器；鑄模；功能梯度材料2.3 泡沫塑料的用途由于泡沫塑料具有質輕、質量比強度高、隔音、隔熱和吸收沖擊能等優(yōu)點，故廣泛采用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、軍事、建筑及日常用品等部門，作為包裝材料、隔音材料、保暖材料、農(nóng)用制品、建筑材料、電器材料、醫(yī)療用品、機械零件和日用雜品等用途。在日常生活中，泡沫塑料堪稱為一種極為普遍和極為顯著的多孔材料。人們對其一般性的典型形態(tài)也是極為熟悉的。 軟質泡沫塑料的主要特點是柔軟、彈性好、開孔率高，適合用作各種坐墊、襯墊、床墊、服裝襯里、過濾材料、吸油材料等。其中塊狀軟泡塑料主要用于家

44、具、墊材、復合面料、服裝鞋帽與箱包襯里材料等，模塑軟泡塑料主要用于汽車坐墊、靠背、頭枕、摩托車坐墊、運動器材等。汽車和摩托車工業(yè)的大力發(fā)展為聚氨酯模塑軟泡提供了廣闊的市場。 硬質泡沫塑料的主要特點是熱導率低、強度大、閉孔率局，適合用作冰箱、冷庫、冷藏車輛、工業(yè)管道和輸油管等方面的保溫隔熱材料、包裝材料、襯墊材料、建筑用夾層板等。硬質泡沫塑料作為絕熱材料和結構材料，應用得越來越廣泛，除冰箱、冷庫、冷藏集裝箱、管道保溫等領域外，在建筑和運輸?shù)确矫嬉灿休^大發(fā)展。彩鍍鋼板硬泡夾層材料已用于體育館、游泳館、影劇院、大型廠房的屋頂，保溫效果好，施工效率高。江蘇省化工研究所研制的特種硬泡塑料，還成功地用到了

45、直升機機冀填充結構上。 半硬質泡沫塑料具有一定的強度，并能吸收沖擊能，因此適作防振材料、汽車保險杠、汽車儀表板襯芯材料等。 隨著科學校術的不斷發(fā)展，泡沫塑科的用途也在逐步擴大、改善和提高。目前泡沫塑料的應用已遍及各行各業(yè)、特別是包裝、建筑、生活日用品和高科技等領域泡沫塑料已占有不可取代的地位。 泡沫塑料質輕且能吸收沖擊載荷因而是極好的包裝材料如發(fā)泡聚苯乙烯（PS）用于音響、電視機、洗衣機等包裝聚乙烯（PE）的發(fā)泡片、模、網(wǎng)則已廣泛用于細、軟、不規(guī)則外形的各種電器、儀器、水果等包裝。泡沫塑料的隔音隔熱特性對建筑行業(yè)是很重要的。用發(fā)泡板制作的各種面板、隔板，既質輕又有顯著的隔熱隔音性能。以固態(tài)空心

46、球為填料，可在現(xiàn)場直接澆鑄成形建構各種隔熱隔音墻。所得墻體具有良好的保溫效果。用發(fā)泡塑料異型材料制作的門窗，除保留有塑料異型材料門窗的各種優(yōu)點外，質吏輕，隔熱隔音性能更好，形狀更穩(wěn)定。由于泡體可緩解內(nèi)應力，低發(fā)泡塑料能以塑代木，可與木材一樣釘、鋸、刨。泡沫塑料的生活日用面更寬，彈性好的軟質泡沫塑料大量用于制作各種坐墊、床墊、枕芯、襯里、服裝，也用于保溫、緩沖、防振。用發(fā)泡人造革制作的包、外套、鼓和各種日用品，既美觀，手感又好，而且使用舒適。另外，開孔泡沫塑料還可用作過濾器、載油體、載水體、人造土壤等。目前所用的地拖不少是泡沫塑料所制，吸水性強，清除方便。上述泡沫塑料的各種特性，如載油、載水、隔

47、熱、隔音、輕質、緩沖等，在高科技領域也得到了應用。 聚乙烯泡沫塑料、聚氯乙烯泡沫塑料、聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酪泡沫塑料，被稱為四大泡沫塑料。2.4 結束語在上述金屬、陶瓷、聚合物這3大種類的多孔材料中，多孔陶瓷具有最高的耐熱性、耐磨性和化學穩(wěn)定性，尤其適合于溫度特別高、磨損大、介質腐蝕性嚴重的場合，但存在質脆、不易密封和安裝困難等不足。泡沫塑料具有最低的密度、最大的柔軟性和最高的液體吸收性能，是包裝、吸水及一般性隔熱和日常緩沖襯墊等的最優(yōu)選擇，缺點是高溫牲能差、強度小耐蝕性能低，多孔金屬克服了上面兩類多孔材料的缺點和不足，具有最佳的綜合性能指標，故其成為應用最為廣泛和全面的優(yōu)秀多孔材料，用途幾

48、乎涉及了多孔材料所有的應用領域。但是，多孔金屬的耐熱耐磨能力一般不如多孔陶瓷，而柔軟性等則不如泡沫塑料，且價格較貴。因此，應根據(jù)各類多孔材料的特點，根據(jù)具體的應用場合，選擇最合適的多孔材料類型?？梢韵嘈?，隨著各類材料的不斷改進和復合水平的不斷提高，高牲能的新型多孔材料將會不斷出現(xiàn)，滿足各行各業(yè)的應用需求。第三章 多孔金屬制備從20世紀初期人類開始用粉末冶金方法制備多孔金屬材料算起，多孔金屬的制造史已有近百年。在這近一個世紀的時間里，制備方法日益發(fā)展，新的方法不斷出現(xiàn)，所得產(chǎn)品也從原來僅百分之十幾、二十幾的低孔率到現(xiàn)在可達98以上的高孔率。目前，已有很多制備多孔金屬的工藝方，其中有的類似于液態(tài)發(fā)

49、泡技術，有的是利用金屬特性(如燒結活性或電沉積等)的特殊制備方法。濺射夾氣沉積法閉孔制品噴霧夾帶沉積法閉孔制品氣相沉積法(開孔制品)電沉積法(開孔制品)多孔金屬制備液態(tài)金屬凝固法固態(tài)金屬燒結法金屬沉積法其他方法金屬扮末燒結法(開孔制品)金屬纖維燒結法(開孔制品)漿料燒結法(開孔、閉孔制品)模板填隙法(開孔制風)氣體捕捉法(開孔制品)占位填料法(開孔制品)金屬扮末粘結法(開孔制品)粉末混合反應澆結法(外孔、閉孔制品)氧化物還原燒結法(開孔制品)金屬中空球燒結法(閉孔較多的制品)熔體發(fā)泡法(閉孔制品)氣體注入法(溶體吹泡法)(閉孔制品)固-氣共晶凝固法(GASAR)(閉孔制品)定向凝固法(閉孔制品

50、)粉體熔化發(fā)泡法(閉孔制品)熔模鑄造法(開孔制品)滲流鑄造法(開孔制品)自蔓延高溫合成（SHS）(開孔制品)腐蝕造孔法(開孔制品)其他金屬扮末燒結法(開孔制品)金屬纖維燒結法(開孔制品)漿料燒結法(開孔、閉孔制品)模板填隙法(開孔制風)氣體捕捉法(開孔制品)占位填料法(開孔制品)金屬扮末粘結法(開孔制品)粉末混合反應澆結法(外孔、閉孔制品)氧化物還原燒結法(開孔制品)金屬中空球燒結法(閉孔較多的制品)固態(tài)金屬燒結法 熔體發(fā)泡法(閉孔制品)氣體注入法(溶體吹泡法)(閉孔制品)固-氣共晶凝固法(GASAR)(閉孔制品)定向凝固法(閉孔制品)粉體熔化發(fā)泡法(閉孔制品)熔模鑄造法(開孔制品)滲流鑄造法

51、(開孔制品)多孔金屬制備液態(tài)金屬凝固法金屬沉積法自蔓延高溫合成（SHS）(開孔制品)腐蝕造孔法(開孔制品)其他其他方法圖3.1 多孔金屬材料的制備方法分類第四章 多孔陶瓷制備從19世紀70年代,多孔陶瓷就被作為細菌過濾而實用了。因其具有均勻透過性、較大的比表面積、低密度、低熱傳導率以及耐高溫、耐腐蝕等特性,作為一類新型陶瓷材料,已廣泛應用于冶金、化工、環(huán)保、能源、生物等各個部門作為過濾、分離、布氣、吸音、化工填料、生物陶瓷和催化劑載體等材料。多孔陶瓷的制備工藝很多,如添加造孔劑工藝、發(fā)泡工藝、有機泡沫浸漬工藝、Sol Gel工藝固態(tài)顆粒燒結工藝等。表4.1列出了幾種工藝方法的特點及應用情況。表

52、4.1幾種多孔陶瓷制備工藝的比較成型方法孔徑氣孔率(%)優(yōu)點缺點應用實例添加造孔劑工藝101050采用不同的成型方法可制得形狀復雜的制品；可制取各種氣孔結構制品氣孔分布均勻性差；難以制取高氣孔率制品過濾器,催化劑載體,生物材料等有機泡沫浸漬工藝10057090適于制取高開氣孔率制品且氣孔相互貫通；工藝簡單,成本低制品形狀受限制；制品成分密度不易控制金屬熔體過濾器,隔熱材料熱轉換器等發(fā)泡工藝1024090適于制取閉氣孔制品,氣孔率高；試樣強度高對原料要求高；工藝條件難控制輕質材料、保溫材料等Sol Gel工藝2100095適于制取微孔制品和薄膜材料；氣孔分布均勻生產(chǎn)率低；工藝條件不易控制微孔分離

53、膜；吸音布氣材料等4.1 擠出成型工藝將制備好的泥條通過一種預先設計好的具有蜂窩網(wǎng)格結構的模具擠出成型,經(jīng)過燒結就可以得到最典型的多孔陶瓷,即現(xiàn)用于汽車尾氣凈化的蜂窩狀陶瓷。其典型工藝流程為：粉體原料+水+有機添加劑研磨陳腐擠壓成型干燥燒結該類工藝的優(yōu)點在于可以根據(jù)需要對孔形狀和孔大小進行精確設計,其缺點是不能成形復雜孔道結構和孔尺寸較小的材料,同時對擠出物料的塑性有較高要求。4.2 顆粒堆積成孔工藝依靠粗顆粒堆積,顆粒結合部形成多孔結構。粗的顆粒靠細粒熔化粘合,也可以加入易熔的粘結劑結合。這種工藝可通過調整顆粒級配對孔結構進行控制,制品的空隙率一般為20%30%左右,在原料中加入碳粉、木屑、

54、淀粉、塑料等成孔劑,高溫下使其揮發(fā)可將整體孔隙率提高至75%左右。4.3 添加造孔劑工藝該工藝是通過在陶瓷坯料中添加占據(jù)一定空間的造孔劑,經(jīng)過燒結后,造孔劑離開基體留下孔洞而形成多孔陶瓷。在普通陶瓷工藝中,調整燒結溫度和時間可以控制燒結制品的孔隙度和強度,但對于多孔陶瓷,燒結溫度太高會使部分氣孔封閉或消失,燒結溫度太低則制品強度低。采用添加造孔劑的方法則可避免這種缺點,使燒結制品既具有高的孔隙度又有較好的強度。該工藝可通過優(yōu)化造孔劑形狀、粒徑和制備工藝來精確設計制品的孔結構,但其缺點是難以獲得高氣孔率制品。與普通的陶瓷工藝相比,這種工藝的關鍵在于造孔劑種類和用量的選擇。造孔劑的種類有無機和有機

55、兩類,通常使用的造孔劑有炭粉、鋸末屑、煤粉萘、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMIMA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、聚苯乙烯顆粒等。一些熔點較高,但可溶于水、酸或堿溶液的無機鹽或其它化合物如NA2SO4、CaSO4、NaCl、CaCl2等也可作為造孔劑。該類造孔劑的特點是在基體陶瓷燒結溫度下不排除,待基體燒結后,用水、酸或堿溶液浸出造孔劑而成為多孔陶瓷。這類造孔劑特別適用于玻璃質較多的多孔陶瓷或多孔玻璃的制備。 4.4發(fā)泡工藝發(fā)泡工藝是在陶瓷組分中添加有機或無機化學物質,在處理期間形成揮發(fā)性氣體,產(chǎn)生泡沫,經(jīng)干燥和燒成制成網(wǎng)眼型和泡沫型兩種多孔陶瓷。與泡沫浸漬工藝相比,該法更易控制制品的形狀、成分和密度,并可制備出各種孔徑和不同形狀的多孔陶瓷,特別適合于閉孔陶瓷制品的生產(chǎn)。用來做發(fā)泡劑的化學物質有:碳化鈣、氫氧化鈣、鋁粉硫酸鋁和雙氧水作發(fā)泡劑;由親水性聚氨脂塑料和陶瓷泥漿同時發(fā)泡制備多孔陶瓷;用硫化物和硫酸鹽混合作發(fā)泡劑等。4.5溶膠-凝膠(Sol Gel)工藝Sol Gel法主要用于制備微孔陶瓷,特別是微孔陶瓷薄膜。其特點在于利用凝膠具有獨特的三維網(wǎng)狀結構來獲得孔徑為2100 nm的多孔陶瓷膜。制備過程是以金屬醇鹽及其化合物為原料,在一定的介質和催化劑作用下,進行水解縮聚反應,使溶液由溶膠變成凝膠,再經(jīng)干燥、熱處理而得到多孔制品。用Sol Gel工藝制得的