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陶瓷空心微球,，產(chǎn)業(yè)化潛力巨大

中空微球，是一種內(nèi)核為空氣或其它氣體,，外層為樹脂,、碳、玻璃或陶瓷特殊中空結(jié)構(gòu)的新型材料,，具有密度小,、熱穩(wěn)定性優(yōu)異、導(dǎo)熱系數(shù)低等特點,。使用空心微球作為空心填料加入到飛行器的燒蝕材料層,，使其均勻分散在基體材料中，可在減輕復(fù)合材料質(zhì)量的同時提高復(fù)合材料的力學性能和熱性能,，隔絕飛行器與大氣層劇烈摩擦后產(chǎn)生的巨大熱量,，保護內(nèi)部構(gòu)件正常工作的同時加大飛行速度、飛行距離,。

在各類微球材料中,，陶瓷空心微球是一種輕質(zhì)、高強度并且耐高溫絕熱的新型材料,，與傳統(tǒng)的玻璃空心微球相比,，陶瓷空心微球的抗壓強度可以達到前者的數(shù)十倍甚至上百倍；同時與致密的耐火材料相比,，具有低密輕質(zhì),、抗熱震性好、保溫性能好和導(dǎo)熱系數(shù)低等特點,；與普通的隔熱材料相比,，具有高強度、耐高溫和高溫燒蝕收縮量低等特點,，所以陶瓷空心微球不僅可以作為隔熱層,，也可以直接與火焰接觸，是優(yōu)質(zhì)的輕型結(jié)構(gòu)耐超高溫的新型材料,，廣泛應(yīng)用在軍事武器,、航空航天等領(lǐng)域。

同時,，陶瓷空心微球的原材料豐富,，價格較低廉,，所以具有非常大的產(chǎn)業(yè)化潛力。但是目前受限于陶瓷空心微球的制備成本高,，沒有穩(wěn)定成型的產(chǎn)品,，僅僅在醫(yī)藥、化工,、石油等領(lǐng)域有了初步的應(yīng)用,。

陶瓷空心微球的基材可以是氧化鋁、氧化鋯,、碳化硅,、氮化硅等耐高溫陶瓷，這些陶瓷的本征力學性能優(yōu)異,，基材的耐溫等級都超過1000℃,。由于陶瓷空心微球能經(jīng)受陶瓷材料成型工藝中的高溫燒結(jié)，因此低密度陶瓷空心微球除了用于航空航天低密度樹脂基復(fù)合材料的制備,，還可用于連續(xù)纖維增強陶瓷基復(fù)合材料（CMCs）的制備,，能夠開拓空心微球在高溫/超高溫CMCs方面的新型應(yīng)用。

CMCs未來將廣泛用于航天再入式飛行器頭錐,、翼前緣,、發(fā)動機以及大推重比航空發(fā)動機的制備，例如美國通用公司前些年已試車成功的CMCs為主體材料的航空發(fā)動機,，由于陶瓷空心微球的使用使其推重比大大提高,，陶瓷空心微球的使用對實現(xiàn)陶瓷材料的減重、隔熱具有重大的意義,。

航空發(fā)動機（圖源：Pratt & Whitney官網(wǎng)）

然而,，據(jù)國內(nèi)科研人員介紹，由于制備的困難,，國內(nèi)目前還沒有應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域的性能可靠的微納陶瓷空心微球產(chǎn)品,，而美國公司的微米級陶瓷空心微球產(chǎn)品對我國實施嚴格禁售禁運。

氧化鋁空心微球,，產(chǎn)業(yè)化制備技術(shù)是大問題

氧化鋁陶瓷空心微球由于其獨特的性能，如輕質(zhì),、高比表面積,、低導(dǎo)熱系數(shù)和流動性好以及較大的內(nèi)部空間而受到越來越多的關(guān)注和研究。Al2O3陶瓷本身就具有機械強度高,、耐腐蝕和耐高溫性等優(yōu)點,，因此利用納米氧化鋁粉體為主體制備的空心微球也具有強度高、耐腐蝕和耐高溫等優(yōu)點,。

同時，由于制備原材料豐富,、價格低廉，使得氧化鋁陶瓷空心微球具有很高的性價比以及廣闊的商業(yè)價值（在藥物載體、吸附劑,、催化劑,、橡塑填料等領(lǐng)域已有大量研究或初步應(yīng)用）。且因其在極端情況下的優(yōu)異表現(xiàn),，可以在航空航天,、船舶艦艇等領(lǐng)域開展有前景的應(yīng)用,。

在現(xiàn)有的關(guān)于氧化鋁微球的報道中,，采用了不同的制備方法，包括溶劑熱法,、凝膠法和模板法等,。但是,，目前氧化鋁微球的制備技術(shù)仍然存在很大的問題,。比如凝膠法周期長、原料價格昂貴,、凝膠中有微孔,，干燥中會逸出氣體，且產(chǎn)生收縮,；溶劑熱法設(shè)備要求高,，技術(shù)難度大,，安全性差,。

模板法是制備球形度高、粒徑分布單一的氧化鋁空心微球的主要方法,，但前提是模板本身的粒徑分布以及球形度要滿足要求,；同時模板法還存在制備過程較為復(fù)雜,、去模板時可能會破壞殼結(jié)構(gòu),、機械強度差,、需要特殊的設(shè)備,、成本較高等不足，目前基本上處于實驗室研究階段,，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要克服不足之處。

由于國內(nèi)對球壁致密的微米級氧化鋁陶瓷空心微球批量化穩(wěn)定制備方面尚屬空白,，而西方國家對我們又實行嚴格禁運,，傳統(tǒng)的方法又只能小規(guī)模制備納米尺寸的陶瓷空心球,，國內(nèi)現(xiàn)有的氧化鋁陶瓷空心球材料還不具備結(jié)構(gòu)材料所需要的理想性能,。因此需要開發(fā)一種可以有效大規(guī)模制備氧化鋁空心微球的方法,，以保證我國在高端裝備制造領(lǐng)域的應(yīng)用需求,。

參考來源：

[1]陸晨,，熱等離子體制備高強度陶瓷空心微球的研究,，中國科學院大學

[2]孫趙軍，噴霧干燥法制備氧化鋁陶瓷空心微球,，華南理工大學

[3]張毅等,，微球氧化鋁制備研究進展，北京化工大學

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）

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