多孔陶瓷材料

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多孔陶瓷材料的应用及发展方向徐晓蕾（材料学院焊接专业，0840604203）摘要:介绍新型材料多孔陶瓷的特性和在诸多领域的应川，以及未來多孔陶瓷的发展方向。关键词：多孔陶瓷；应用；发展方向引言在全球经济发展的浪潮中，坏境与资源是人类遇到的两人难题，人们对节省资源、保护坏境的耍求越來越高。多孔陶瓷正是适应了这种形势发展需求的新材料，它能够提高效率、节约能源，尤具在环境保护方面发挥着越來越人的作用。多孔陶瓷在各行各业的应用己经越来越普遍地体现出了这两人方面的意义。可以预计，多孔陶瓷将成为非常有活力、有发展前途的新的经济增长点。多孔陶瓷是一种经高温烧成、内部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，冃前研制及生产的所有陶瓷材料几乎均可以通过适当的工艺制成多孔体。多孔陶瓷材料一般具有以卜-特性：化学稳定性好，通过材质的选择和工艺的控制，可制成使用于各种腐蚀坏境的多孔陶瓷；具有良好的机械强度和刚度，在气压、液压或具他应力载荷F,多孔陶瓷的孔道形状和尺寸不会发牛变化；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；儿何表面积与体积比高；孔道分布较均匀，气孔尺寸可控，在0.05'600Mm范围内可以制出所选定孔道尺寸的多孔陶瓷制品。多孔陶瓷的应用1金属铸造多孔陶瓷在铸造业屮的一个非常'重要应用就是用作熔融金属过滤器。陶瓷过滤器净化金属液的机理除了机械和反应过滤外，更重要的是对金屈液起“整流”作用，这种作用使得金属液渣包被破坏，同时延长渣上浮时间，从而达到净化金属液的作用。自从60年代中期多孔陶瓷过滤器首次用于处理铝合金以來，陶瓷材料的发展及浇铸操作技术的提高已使它们的应用扩人到包括熔模精密铸造、钢铸造工业及工业铸件等方面，即提高它们的机械性能，降低铸件废品率，提高铸件工艺岀品率，延长金屈切削加工刀具寿命等。多孔陶瓷过滤器在钢的连铸中的应用使钢水的洁净度和产量得到提高，不仅降低了非金属夹朵物含量，而口有效地减少了水口堵塞。近年来，工业发达国家所有的铸件几乎全部采用多孔陶瓷型内过滤浇铸工艺，并把此项工艺作为牛产优质铸件的关键技术。多孔陶瓷在铸造业屮的另一个重耍应用就是用于制备金屈基一网状陶瓷复合材料，这种材料系用铸造方法在预制多孔陶瓷屮浇入金属而成。市于这类材料比普通铸件具有较人 的阻尼系数，它将为机械工程解决振动问题提供了一条新的途径。2、石油化工对于具冇连通气孔的多孔陶瓷，当通过流体时，骨架对流体具冇很好的接触、搅拌效果以及阻扌当大颗粒的作用。这些特性使得多孔陶瓷在化工生产中具冇重要应用，如除臭装置等用的催化剂载体、气体吸收塔、蒸谓塔的填料以及流化床中的过滤器等。利川多孔陶瓷向液体中吹入反应气体，川吹氧方法培养微生物等。利川多孔陶瓷制成的酸性溶液电解用隔膜，可以防止电极间生成的物质与电解液相混合，提高电解效率。3、核电工业从原了能发电厂产生的大量放射性废物中，大部分是口J燃物，因此，需要经燃烧使其变为在化学上稳定的灰。在燃烧过程中，放射性固体颗粒混入高温废气中排除，利用多孔陶瓷可以收集放射性的固体颗粒，进行再燃烧，实现净化处理，这样保管起來既安全又经济。4、食品加工由于多孔陶瓷过滤液体时，没冇溶出物，不会污染食品。因此，制糖和酿造工业使用预涂层多孔陶瓷过滤器进行最后阶段的精密过滤，进行啤酒、醋、酒的精加工。川这种方法精密过滤生啤酒时，可省掉加热处理工序，与其它方法相比，啤酒味道更美。5、能源领域由于高开气孔率多孔陶瓷具冇较大的表面积、密度低、热阻大等特性，使得它在能源领域中获得垂要应用，如川作固体热转换元件、多孔燃烧器。将多孔陶瓷换热元件置于燃烧气体通路中，能吸收排气中的热，然后以固体辐射的形式辐射到加热炉一侧，回收余热,可大幅度节能燃烧消耗量。多孔陶瓷燃烧器具冇耐高温、使用寿命长等优点，它不仅节能,而可以减少NOx的排除物，是近年來发展起來的新型技术，具冇I•分诱人的应川前景。6、环保领域多孔陶瓷在环保领域中的一个垂要应用就是作为汽车尾气催化净化器，不仅口J以收集柴油机排出的黑烟颗粒，还可以将废气中的CO转化为C02,NOX转化为N02,CnIIrn转化为出0和C02o此外，它还町以用于高温废气的净化器、污水处理散气装置以及控制噪声的吸声材料等。7、生物领域网眼型多孔陶瓷与人体的海绵骨具冇近乎相同的三维网状结构。rh于这种多孔网状结构能使骨组织长入孔隙中，使种植体与生物体Z间产生更为牢靠的固定，所以多孔生物陶瓷材料特别是网眼多孔轻基磷灰石材料将成为非常重要的骨移植材料，并成为当前无机生物材料研究中的热点。多孔陶瓷发展方向近些年，多孔陶瓷的发展比较迅速，多孔陶瓷的应用也非常广泛。从专利的申请情况可以看出，多孔陶瓷的应用已经涉及到人类牛活和社会发展的各个方面。虽然目前仍以传统的分离过滤及渗透川、绝热和换热及作为载体应用等为主，但多孔陶瓷跨学科应用的专利也比较多，再就是向尖端科技发展，特别是在航空航犬方面的应用也相对较多，这说明 多孔陶瓷的技术研究在突破传统的丿应用领域朝交叉学科和新的应用领域拓展。总乙从目前多孔陶瓷专利的屮请悄况可以看出，多孔陶瓷以示的研究方向和实际要突破的技术层次人致可以归纳为以下几个方而：1、在多孔陶瓷材料的分离过滤及渗透应用方而，尤其是随着人端面陶瓷过滤器的工业化推广丿应用，基于材料密封等技术要求的陶瓷过滤及渗透元件规格尺寸相应增人，故如何采用新的配方工艺和补强增韧的技术来提高其材料的强度和韧性及其它物化性能指标，这是必须深化研究和应尽早成熟化，产业化的必由Z路。例：町通过新的配方工艺制备纳米结构一一微米结构复合多孔陶瓷材料，多孔陶瓷材料因具有微米结构而有较鬲的硕度，具有纳米结构而有较高韧性。改变这种复合材料中的纳米结构和微米结构比例，町调节材料的强度与韧性，或通过采用编织陶瓷纤维利用化学气相沉积技术，或制备陶瓷——金属复合材料来制备高强高空隙率的分离及渗透用多孔陶瓷材料。2、多方位拓宽多孔陶瓷的功能性，可采用复合技术或嫁接技术制备一些多功能性材料。例：开发和生产具有抗菌和净化功能的微孑L陶瓷材料；采用有机和无机材料复合技术制备电传导膜、生物反应膜等；采用陶瓷膜材料的表而修饰和改性技术，制备人尺寸无缺陷的或具有新功能的陶瓷膜材料，述有必要把高科技的纳米技术引入传感器多孔陶瓷领域，开发出微型化、集成化、智能化、多功能、高附加值的传感器新产品。随着传感技术、数据处理技术、计算机技术、人工智能等相关技术的发展，多传感器信息融合必将成为耒来复杂工业系统的重耍技术。以上领域的研究和开发对扩大多孔陶瓷的应用范围具有重耍意义。3、加强对多孔陶瓷材料应用性能的研究和提升。例：材料的清洗再生技术、过滤系统的优化技术和集成技术，多孔陶瓷完整膜的无损在线检测技术研究等，提高产业化水平，并延长多孔陶瓷的使用寿命是其必须重点攻克的推广应用和市场化难关。结束语多孔材料的研究与发展已经受到人们的普遍重视，许多研究在技术上已经成为町能。随着多孔材料在能源、环保、化学工业方面的应用越來越广泛，对多孔陶瓷的进一步开发、应用和推广将带來很大的经济效益与社会效益。多孔材料的研究与应用冃前还存在的问题主要表现在：材料的脆性；缺乏完整材料的大规模生产系统；缺乏对材料孔结构精确设计与控制的有效手段；缺乏将孔结构与力学性能相联系的有效模型。对于这些问题，一些冇益的前沿性研究已取得明显的效果，与此同时，相关的棊础理论研究也在积极进行中。相信在不久的将來，多孔陶瓷材料应用会更加广泛，对我们牛活的影响将更加深远。参考文献：[1]马文,沈卫平，董红英,顾淑媛•多孔陶瓷的制造工艺及进展•粉末冶金技术,2002,20(6)[2]朱新文，江东亮,谭寿洪.多孔陶瓷的制备、性能及应川：(II)多孔陶瓷的结构、性能及应用•陶瓷学报,2003,24(2)[3]鄢春根，徐冇华，罗晓宁.我国多孔陶瓷专利分析与发展方向.[4]杨刚宾，蔡序怖,乔冠军，金志浩.多孔陶瓷制备技术及其进展.河南科技大学学报(自然科学版),2004,25(2)