泡沫陶瓷

多孔陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域又?jǐn)U展到航空領(lǐng)域、電子領(lǐng)域、醫(yī)用材料領(lǐng)域及生物化學(xué)領(lǐng)域等。多孔陶瓷的廣泛應(yīng)用已引起了全球材料界的高度重視，因此，制備高強(qiáng)度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定、高度有序的泡沫陶瓷體，拓寬和開發(fā)泡沫陶瓷在國(guó)內(nèi)各行業(yè)中的應(yīng)用，無疑是十分必要的。

1.發(fā)泡法：采用發(fā)泡反應(yīng)的方法，可以制備形狀復(fù)雜的泡沫陶瓷制品，以滿足一些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用；在陶瓷粉料中加入適當(dāng)?shù)奶沾衫w維，可改善這一工藝，有效增加坯體在燒結(jié)過程中的強(qiáng)度，避免粉化和塌陷。

2.溶膠凝膠法：溶膠凝膠法主要用來制備孔徑在納米級(jí)的微孔陶瓷材料，該方法經(jīng)改進(jìn)后也可以制備高規(guī)整度泡沫陶瓷材料。運(yùn)用溶膠凝膠技術(shù)制備泡沫材料，在溶膠向凝膠的轉(zhuǎn)化過程中，體系的粘度迅速增加，從而穩(wěn)定了前期產(chǎn)生的氣泡，有利于發(fā)泡。該工藝與其他工藝相比有其獨(dú)特之處，它還可以制備孔徑在納米級(jí)、氣孔分布均勻的泡沫陶瓷薄膜，正成為無機(jī)薄膜制備工藝中最為活躍的研究領(lǐng)域。

3.添加造孔劑法：通過在陶瓷配料中添加造孔劑，利用造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間，然后經(jīng)過燒結(jié)，造孔劑離開基體而形成氣孔來制備泡沫陶瓷。造孔劑顆粒的形狀和大小決定了泡沫陶瓷材料氣孔的形狀和大小。其成型方法主要有模壓、擠壓、等靜壓、軋制、注射和粉漿澆注等。利用這種方法可以制得形狀復(fù)雜、氣孔結(jié)構(gòu)各異的材料，但氣孔分布的均勻性較差。

4.有機(jī)前驅(qū)體浸漬法：泡沫陶瓷最理想的制備方法是有機(jī)前驅(qū)體浸漬法。用此種成型方法制備的泡沫陶瓷已在多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，取得了較為明顯的效果。進(jìn)一步控制漿料性能，適當(dāng)優(yōu)化無機(jī)粘結(jié)劑體系，并嚴(yán)格控制漿料浸漬等工藝過程，可以提高泡沫陶瓷制品的性能。所選用的有機(jī)泡沫體的網(wǎng)眼尺寸是有限的，制約了所得泡沫陶瓷材料的孔徑和結(jié)構(gòu)。

泡沫陶瓷材料的發(fā)展始于20世紀(jì)70年代，是一種具有高溫特性的多孔材料。其孔徑從納米級(jí)到微米級(jí)不等，氣孔率在20%～95%之間，使用溫度為常溫～1600℃ 。

泡沫陶瓷一般可以分為兩類，即開孔（網(wǎng)狀）陶瓷材料以及閉孔陶瓷材料，這取決于各個(gè)孔穴是否具有固體壁面。如果形成泡沫體的固體僅僅包含于孔棱中，則稱之為開孔陶瓷材料，其孔隙是相互連通的；如果存在固體壁面，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。但大部分泡沫陶瓷既存在開孔孔隙又存在少量閉孔孔隙。一般來說孔隙的直徑小于2nm的為微孔材料；孔隙在2～50nm之間的為介孔材料；孔隙在50nm以上的為宏孔材料。

自1978年美國(guó)發(fā)明了利用氧化鋁、高嶺土等陶瓷料漿成功研制出泡沫陶瓷，用于鋁合金鑄造過濾之后，英、日、德、瑞士等國(guó)家競(jìng)相開展了研究，生產(chǎn)工藝日益先進(jìn)，技術(shù)裝備越來越向機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展，已研制出多種材質(zhì)，適合于不同用途的泡沫陶瓷過濾器，如Al2O3、ZrO2、SiC、氮化硅、硼化物等高溫泡沫陶瓷，有的還加入了一定的礦物，如莫來石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等，產(chǎn)品已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，形成了一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，其分類如表所示。

中國(guó)在20世紀(jì)80年代初開展泡沫陶瓷研究工作。近20年來，先后有十幾家科研機(jī)構(gòu)和廠家報(bào)道了泡沫陶瓷制品的研究。但是中國(guó)的泡沫陶瓷從整體技術(shù)水平上與國(guó)外相比還有一定的差距。泡沫陶瓷是具有三維空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高氣孔率的多孔陶瓷體，其造型猶如鋼化了的泡沫塑料或瓷化了的海綿體。由于它具有氣孔率高、比表面積大、抗熱震、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕及良好的機(jī)械強(qiáng)度和過濾吸附性能，可廣泛應(yīng)用于熱交換材料，布?xì)獠牧?，汽車尾氣裝置，凈化冶金工業(yè)過濾熔融態(tài)金屬，熱能回收，輕工噴涂行業(yè)，工業(yè)污水處理,隔熱隔音材料，用作化學(xué)催化劑載體，電解隔膜及分離分散元件等 。

1.凝膠注模工藝美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室首次提出了凝膠注模工藝（Gel-casting），它是一種被廣泛應(yīng)用的新型成型方法。這種新的成型技術(shù)采用非孔模具，利用料漿內(nèi)部或少量添加劑的化學(xué)反應(yīng)使陶瓷料漿原位凝固形成坯體，獲得具有良好微觀均勻性和較高密度的素坯，從而顯著提高材料的可*性。Gel-casting工藝可以使懸浮體泡沫化，而且能使液體泡沫原位聚合固化。作為制備多孔陶瓷的一種新型方法，懸浮體泡沫化是最經(jīng)濟(jì)的，原位聚合固化所形成的素坯具有內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度較高。

2.自蔓延高溫合成工藝自蔓延高溫合成（Self-propagatingHigh-tempera-tureSynthesis,SHS）方法的概念是由前蘇聯(lián)科學(xué)家A.G.Mazhanov在1967年首先提出來的。SHS的本質(zhì)是一種高放熱無機(jī)化學(xué)反應(yīng)，其基本反應(yīng)過程是：向體系提供必要能量（點(diǎn)火），誘發(fā)體系局部產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，此后，這一化學(xué)反應(yīng)過程在自身放出的高熱量的支持下繼續(xù)進(jìn)行，最后將燃燒（反應(yīng)）波蔓延到整個(gè)體系，從而制備出所需的陶瓷材料。材料的SHS技術(shù)以其高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和所得材料的良好性能特點(diǎn)而倍受重視。另外，SHS反應(yīng)產(chǎn)物通常具有很高的孔隙率，用這一特點(diǎn)可用來制備具有多孔連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，通過添加造孔劑可進(jìn)一步提高產(chǎn)物的連通開放孔隙率。此外，還有諸如泡沫前體反應(yīng)法、有機(jī)泡沫堆積法、顆粒堆積工藝、水熱-熱靜壓工藝、微波加熱工藝、分相濾出法、固-氣共晶法、木材熱解構(gòu)架法等泡沫陶瓷制備方法 。

泡沫陶瓷過濾塊，一種用來過濾金屬液中的非金屬夾雜物，提高金屬液純凈度的多孔陶瓷。效果優(yōu)于使用其他材料，廣泛用于鋁合金鑄造，也可用于其他合金。

2017年2月28日，《外墻外保溫泡沫陶瓷》發(fā)布。

2018年1月1日，《外墻外保溫泡沫陶瓷》實(shí)施。