中國粉體網(wǎng)訊 多孔氧化鋁陶瓷具有硬度高、耐高溫,、耐磨,、電絕緣、耐侵蝕,、力學(xué)性能良好等優(yōu)點(diǎn),，被譽(yù)為“節(jié)能減排”材料中的一支奇葩。此外,，制備多孔氧化鋁陶瓷原料來源廣泛,、價(jià)格較低廉、生產(chǎn)工藝較簡單,，具有較高的性價(jià)比,，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于凈化分離、固定化酶載體,、吸聲減震和傳感器材料等眾多領(lǐng)域,，在航天航空、能源、石油等領(lǐng)域中具有十分誘人的應(yīng)用前景,。
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1,、多孔氧化鋁陶瓷的性能
多孔氧化鋁陶瓷具有良好的力學(xué)性能，Haitao Geng等人以氧化鋁空心球?yàn)槌煽讋�,，氧化硅磷酸鹽為粘結(jié)劑高溫?zé)Y(jié)形成封閉的細(xì)胞結(jié)構(gòu),，所得氧化鋁陶瓷孔隙率62.5%，壓縮強(qiáng)度11.97 MPa,。
多孔氧化鋁陶瓷還具有較高的隔熱性能,，吳海波等通過固含量及發(fā)泡劑加入量的改變，得到其耐壓強(qiáng)度為9.4～32.5 MPa,，在1 000℃下的熱導(dǎo)率為0.8 W/(m·K),。
Guimaraes等研究了ZrO2/Al2O3復(fù)合陶瓷材料的摩擦磨損性能，研究表明,，當(dāng)ZrO2的體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí),，磨損率是3.5×10-6mm3/Nm，比其他陶瓷的磨損率要小很多,。
Ieva Zake-Tiluga等研究了多孔氧化鋁陶瓷的抗熱震性,，發(fā)現(xiàn)SiC的適量加入有利于莫來石相的均勻分散，從而提高機(jī)械性能,、熱導(dǎo)率及熱震性,，降低線性熱膨脹系數(shù)。
多孔氧化鋁陶瓷還具有優(yōu)異的耐蝕性,，Wu Qin等人發(fā)現(xiàn)經(jīng)20%硫酸和10%（wt%）NaOH浸泡8h后,，其失重分別為0.55%和0.48%，強(qiáng)度下降分別為9.85%和8.08%,。
Menchavez等將導(dǎo)電相引入絕緣的多孔氧化鋁陶瓷中,，隨著導(dǎo)電單體相的增加，會(huì)影響電阻率的降低,。
管蒙蒙等采用溶膠凝膠法制備出多孔氧化鋁陶瓷，該活性氧化鋁對甲醛吸附性能較好,；添加20%聚乙烯醇作為造孔劑制備的多孔氧化鋁的吸附性能最好,。
Isobe等通過擠壓成形法制備了多孔氧化鋁陶瓷，氣體滲透性比其他方法得到的制品高得多,。
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2,、多孔氧化鋁陶瓷的制備技術(shù)
（1）添加造孔劑法
添加造孔劑法是一種最簡單、經(jīng)濟(jì)的制備高孔隙率多孔陶瓷的方法,，該工藝在生坯制備過程中加入固態(tài)造孔劑,，然后通過燒結(jié)去除造孔劑留下氣孔。
添加造孔劑法制備多孔氧化鋁陶瓷的關(guān)鍵在于造孔劑的種類和數(shù)量，其次是造孔劑粒徑大小,。添加造孔劑的目的在于提高材料的氣孔率,，因此要求其不能與基體反應(yīng)，同時(shí)在加熱過程中易于排除且排除后無有害殘留物質(zhì),。常用的造孔劑分為有機(jī)造孔劑和無機(jī)造孔劑兩大類,。
添加造孔劑法的缺點(diǎn)在于：造孔劑作為第二相加入，與基體材料很難完全混合均勻,，容易造成材料性質(zhì)的不均勻,。另外，造孔劑本身占據(jù)的空間有限,，同時(shí)在燒結(jié)過程中會(huì)有燒結(jié)收縮,，因此造孔劑法所得到的多孔陶瓷的氣孔率一般低于50%。
近幾年,，研究人員逐漸嘗試將無機(jī)空心球作為造孔劑引入多孔氧化鋁陶瓷的制備過程,。通過精確控制空心球的尺寸和添加量，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對孔隙率和孔徑的調(diào)控,。
（2）有機(jī)泡沫浸漬法
有機(jī)泡沫浸漬法是一種利用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)泡沫浸漬陶瓷漿料,，然后通過高溫?zé)Y(jié)去除有機(jī)載體，從而獲得具有開孔三維網(wǎng)狀多孔陶瓷的方法,。
該方法工藝簡單,、操作方便、成本低廉,，通過選擇不同種類的有機(jī)泡沫可以調(diào)節(jié)多孔材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌,，已成為制備多孔陶瓷材料應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。有機(jī)泡沫的選擇是使用本方法時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題,，通常所選泡沫需要滿足氣化溫度低于燒結(jié)體燒成溫度,、具有一定的親水性和回彈性等要求。常用的有機(jī)泡沫包括聚氯乙烯,、聚苯乙烯,、聚亞胺酯、海綿和乳膠,。
由于漿料中的固體顆粒很難浸入有機(jī)泡沫內(nèi)部的小孔,，有機(jī)泡沫浸漬法所得到的樣品一般孔尺寸都很大，通常介于150μm到幾毫米,。此外,，該方法所得多孔陶瓷形狀受限制，密度難以控制,。
（3）發(fā)泡法
發(fā)泡法是一種通過向陶瓷漿料中加入起泡劑,，或者通過快速攪拌將氣體引入到陶瓷坯體，然后再經(jīng)過燒結(jié)獲得多孔陶瓷材料的方法。
與有機(jī)泡沫浸漬法相比,，發(fā)泡法可以制備出小孔徑的閉口氣孔,，通過控制發(fā)泡劑的用量和發(fā)泡時(shí)間等因素，可以得到所需孔徑尺寸的多孔陶瓷,。常用的發(fā)泡劑有碳化鈣,、氫氧化鈣、雙氧水等,。
發(fā)泡法工藝較為簡單,、成本也很低，但是氣體的產(chǎn)生不能精確控制,，孔徑大小不均勻,，氣孔密度無法控制。此外,，由于熱力學(xué)不穩(wěn)定,，氣泡間易于相互結(jié)合形成較大的氣泡以降低系統(tǒng)自由能。通常采用加入表面活性劑的方法來降低氣-液界面能,。
（4）顆粒堆積工藝
顆粒堆積工藝?yán)眯☆w粒易于燒結(jié),，在高溫下產(chǎn)生液相的特點(diǎn)，使氧化鋁顆粒連接起來制備多孔陶瓷,。在該工藝中,，對于孔徑尺寸的控制可以通過選擇不同粒徑的顆粒來實(shí)現(xiàn)，所得多孔陶瓷中孔徑大小與顆粒粒徑成正比,，氧化鋁顆粒粒徑越大,，形成的孔徑就越大；顆粒越均勻,，產(chǎn)生的氣孔分布越均勻,。
一般來說，原料顆粒的尺寸應(yīng)為所需孔徑尺寸的三至六倍,。但是當(dāng)需要獲得大氣孔時(shí),，就要選擇較大的顆粒，容易造成燒結(jié)困難,。為了降低燒結(jié)溫度,，通常在制備過程中加入低熔點(diǎn)的粘結(jié)劑使氧化鋁顆粒之間形成連接。
（5）冷凍干燥法
冷凍干燥法是一種先將陶瓷漿料冷凍,，然后通過降壓使溶劑從固相直接升華成氣相,，從而獲得多孔結(jié)構(gòu)的方法,。
該方法制備出的多孔陶瓷為聯(lián)通孔結(jié)構(gòu),，通過控制漿料中冰晶的生長方向，可以得到定向分布的孔洞，最終燒結(jié)成為具有相應(yīng)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷,。冷凍干燥法以水為造孔劑,，引入的添加劑較少，對環(huán)境不會(huì)造成任何污染,，材料的孔隙率可以通過改變漿料的固含量進(jìn)行調(diào)整,，是一種綠色環(huán)保的工藝，可用于高定向,、高氣孔率多孔材料的制備,。
（6）靜電紡絲法
靜電紡絲技術(shù)是指使帶電的高分子溶液(或熔體)在高壓電場中流動(dòng)拉伸變形，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻固化,，最后得到纖維的紡絲工藝,。
靜電紡絲法因成本低、操作簡單,、適用范圍較廣和不改變?nèi)芤鹤陨硖匦缘葍?yōu)點(diǎn)而備受人們關(guān)注,。但得到的前驅(qū)體纖維是無機(jī)物/聚合物復(fù)合纖維，須通過高溫煅燒除去聚合物成分,，得到無機(jī)纖維,。
雖然在紡絲過程中易形成有缺陷的“念珠狀”或“珠串”纖維，但靜電紡絲技術(shù)可以將纖維制成無紡布或薄膜形狀,，能有效地控制纖維的排布,，進(jìn)而制備具有二維、三維結(jié)構(gòu)的纖維,，廣泛應(yīng)用于過濾與分離材料,、催化劑的載體，傳感器,、能源轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存設(shè)備的電極等方面,。
（7）電化學(xué)法
電化學(xué)中最常見的制備方法是陽極氧化法，通過電化學(xué)技術(shù),，在純鋁的表面原位生長,，形成具有六角柱狀并高度規(guī)則結(jié)構(gòu)的氧化鋁薄膜。薄膜多孔氧化鋁通常采用兩步陽極氧化法制備,，大大改善了多孔氧化鋁膜的結(jié)構(gòu),，孔洞排列更有序，孔徑分布更均勻,。
另一種常用的制備方法是電泳沉積法,，是在外加電場的作用下，膠體粒子在分散介質(zhì)中向電極遷移,，最后沉積在電極表面,，通過顆粒團(tuán)聚,，形成均質(zhì)膜的方法。
雖然電化學(xué)法簡單易行,，工藝靈活,，造價(jià)低廉，但在常溫下操作,，同樣存在著缺點(diǎn)：陽極氧化時(shí),，生成一定厚度絕緣性良好的氧化物薄膜后，電流將難以穿透這層阻擋膜,，故而膜的生長較為緩慢,；電泳沉積時(shí)，由于制備的多孔氧化鋁膜較薄,、韌性較差,，與基體分離時(shí)極易發(fā)生破裂和卷曲。
3,、小結(jié)
隨著多孔陶瓷制備技術(shù)的不斷進(jìn)步,，多孔氧化鋁陶瓷材料的應(yīng)用日益廣泛，同時(shí)也對其性能提出了更高的要求,。不同的制備方法各有其局限性,，制備出的多孔氧化鋁陶瓷的結(jié)構(gòu)和性能不盡相同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的制備方法,。
參考資料：
王蒙等.多孔氧化鋁陶瓷的研究進(jìn)展.應(yīng)用化工
盧志華等.多孔氧化鋁陶瓷制備技術(shù)研究進(jìn)展.中國陶瓷
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