中國(guó)粉體網(wǎng)訊  泡沫陶瓷是一種形貌上像泡沫狀的多孔陶瓷，它是繼普通多孔陶瓷、蜂窩多孔陶瓷之后，最近發(fā)展起來(lái)的第三代多孔陶瓷產(chǎn)品。目前制備泡沫陶瓷的材質(zhì)主要有ZrO2、Si3N4、Al2O3、SiC等，最常見(jiàn)的是SiC泡沫陶瓷，是目前應(yīng)用最有前景的無(wú)機(jī)高溫材料。

1.碳化硅泡沫陶瓷的性能特點(diǎn)

對(duì)于碳化硅泡沫陶瓷，其發(fā)展始于20世紀(jì)70年代。作為一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)中有很多孔隙的新型無(wú)機(jī)非金屬過(guò)濾材料，碳化硅泡沫陶瓷具有重量輕、強(qiáng)度高、耐高溫、耐腐蝕、再生簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)及良好的過(guò)濾吸附性等優(yōu)點(diǎn)。在冶金、化工、環(huán)保、能源、生物等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

碳化硅泡沫陶瓷的性能

（1）碳化硅泡沫陶瓷的燒結(jié)可在常壓空氣下燒結(jié)致密，不需要高壓以及惰性氣氛即可達(dá)到致密化，使企業(yè)生產(chǎn)成本降低。

（2）通常添加合適的燒結(jié)助劑降低碳化硅泡沫陶瓷的燒結(jié)溫度，在常壓燒結(jié)時(shí)可減少泡沫陶瓷表面的SiC的氧化，改善泡沫陶瓷的綜合性能。

（3）碳化硅泡沫陶瓷在過(guò)濾液體使用中不易被酸堿腐蝕，不會(huì)對(duì)過(guò)濾的金屬液體造成污染，并且使用后可通過(guò)水及氣體進(jìn)行反沖洗，使過(guò)濾器可二次利用且不會(huì)降低過(guò)濾效率，大幅降低企業(yè)成本。

（4）泡沫碳化硅陶瓷材料的成型加工性能也較好，金剛石刀具可方便地將其切斷，需要研磨時(shí)可用金剛砂輪。通過(guò)改變加工條件可以簡(jiǎn)單地將泡沫碳化硅陶瓷加工成所需要的形狀。

2.碳化硅泡沫陶瓷的制備

有機(jī)泡沫浸漬工藝

有機(jī)泡沫浸漬法是Schwartzwalder和Somers在1963年發(fā)明的，其特別之處在于，它借助有機(jī)泡沫獨(dú)特的三維開孔網(wǎng)狀骨架，將制備好的漿料均勻地涂覆在有機(jī)泡沫網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)上形成泡沫預(yù)制體，通過(guò)室溫干燥使在泡沫骨架筋上的漿料更加牢固，再無(wú)壓燒掉有機(jī)泡沫體而獲得一種結(jié)構(gòu)類似泡沫結(jié)構(gòu)的泡沫陶瓷。

有機(jī)泡沫浸漬工藝流程

優(yōu)點(diǎn)：可制得高孔隙率制品，氣孔連通性好。

缺點(diǎn)：無(wú)小孔，制品形狀受限，成分密度不易控制。

發(fā)泡法

發(fā)泡法是通過(guò)在陶瓷原材料中加入一定比例的發(fā)泡劑，在干燥和燒結(jié)的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生揮發(fā)性的氣體，從而在陶瓷中生成很多大大小小的孔狀結(jié)構(gòu)，形成復(fù)雜形狀的泡沫陶瓷。

發(fā)泡注凝工藝制備泡沫陶瓷工藝流程

優(yōu)點(diǎn)：適合閉氣孔制品，氣孔率高、強(qiáng)度高。

缺點(diǎn)：對(duì)原料要求高，工藝條件不易控制。

添加造孔劑法

添加造孔劑法是將造孔劑加入陶瓷配料中，在坯體孔隙中讓造孔劑占據(jù)一定的空間，再經(jīng)過(guò)燒結(jié)，然后造孔劑離開坯體，原來(lái)所占據(jù)的空間就變成了氣孔，以此來(lái)制備碳化硅泡沫陶瓷。

優(yōu)點(diǎn)：制品形狀復(fù)雜，孔結(jié)構(gòu)多。

缺點(diǎn)：氣孔分布不均勻，制品氣孔率較低。

液相滲硅法

液相／氣相滲硅法是在高溫下將含有Si的液相或氣相前驅(qū)體，如熔融Si、SiO2溶膠、Si蒸氣和氣相SiO滲入到木炭模板中，經(jīng)高溫反應(yīng)形成SiC泡沫陶瓷。

優(yōu)點(diǎn)：成本低，可以獲得低密度的SiC復(fù)合材料，力學(xué)性能較好，可實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型。

缺點(diǎn)：需要較高的溫度和較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。

溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠合成泡沫陶瓷工藝是指在凝膠化過(guò)程中膠體顆粒通過(guò)堆積以及凝聚的方式生成微氣孔，形成孔隙尺寸可調(diào)整、類似泡沫結(jié)構(gòu)形狀的陶瓷制品。

優(yōu)點(diǎn)：用于微孔制品和薄膜，氣孔分布均勻。

缺點(diǎn)：生產(chǎn)率低，工藝條件難以掌握。

冷凍干燥法

其原理是將含有陶瓷粒子的漿料進(jìn)行冷凍，在一定的冷凍溫度下，使冰晶沿著枝晶區(qū)域的方向生長(zhǎng)，形成冰晶在相同尺度上的微結(jié)構(gòu)，經(jīng)真空干燥后，冰晶升華去除，留下的孔洞保持冰晶形態(tài)，從而獲得宏孔和微孔復(fù)合的多孔陶瓷材料。

優(yōu)點(diǎn)：可制得復(fù)雜孔結(jié)構(gòu)，采用水基漿料。

缺點(diǎn)：低溫經(jīng)行，對(duì)冷凍速度敏感。

其他方法

如顆粒堆積法、生物模板法。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用有機(jī)先驅(qū)物涂覆在有機(jī)泡沫體的表面的方法制備碳化硅泡沫陶瓷。

上述碳化硅泡沫陶瓷制備方式各具優(yōu)缺點(diǎn)，目前研究最多，應(yīng)用（工業(yè)）最廣的是有機(jī)前驅(qū)體浸漬工藝與發(fā)泡凝膠法。

3.碳化硅泡沫陶瓷的應(yīng)用

催化劑載體

碳化硅泡沫陶瓷具有較高的孔隙率、熱導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)，其表面凹凸不平，且具有眾多微孔，這種特殊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大大增加了兩相接觸面積，所有這些特性預(yù)示著碳化硅泡沫陶瓷將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二氧化硅、氧化鋁陶瓷以及活性炭作為新一代的催化劑載體。

過(guò)濾器

碳化硅泡沫陶瓷的壓力損失低、耐熱性、耐熱沖擊性以及油煙捕集效率高等特性，使其很有希望成為柴油機(jī)引擎油煙收集器用過(guò)濾器。

生物學(xué)中的應(yīng)用

碳化硅泡沫陶瓷材料具有良好的生物相容性及孔徑可控特性，可以使其用于復(fù)雜外形和長(zhǎng)段承重骨缺損修復(fù)。

吸聲材料

碳化硅泡沫陶瓷因其具有獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可被用在吸聲減噪方面。

化工領(lǐng)域的應(yīng)用

碳化硅泡沫陶瓷可以應(yīng)用于泡沫結(jié)構(gòu)填料、泡沫規(guī)整填料，還可用作泡沫塔盤。可用于化工行業(yè)中蒸汽發(fā)生器、高壓絕熱燃燒器、輻射燃燒器等，大大提高了傳熱系數(shù)，強(qiáng)化了燃燒過(guò)程。

其他應(yīng)用

碳化硅泡沫陶瓷還可應(yīng)用于電子部件熱處理用材料、流動(dòng)床底板、加濕器、沸水器、微生物載體等領(lǐng)域。

參考資料：

劉霞等.泡沫碳化硅陶瓷材料的研究進(jìn)展

陳璐等.碳化硅泡沫陶瓷的制備工藝研究進(jìn)展

諶偉.碳化硅泡沫陶瓷/鋁基復(fù)合材料制備及其耐磨性研究

孫文飛.低溫制備碳化硅泡沫陶瓷及其性能研究

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/黑金）

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