中國粉體網(wǎng)訊  多孔陶瓷具有很多優(yōu)異的性能，如耐高溫、耐化學(xué)腐蝕和較高的氣孔率等，被廣泛應(yīng)用于過濾與分離、催化劑載體以及污染防控等領(lǐng)域，其中多孔堇青石陶瓷因其極低的熱膨脹系數(shù)和優(yōu)異的抗熱沖擊性能使其能在較為惡劣的工況下使用，而成為常見的催化劑載體材料。

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堇青石質(zhì)多孔陶瓷的性質(zhì)

堇青石是一種可呈無色、藍(lán)色、淡藍(lán)色、灰藍(lán)色和煙藍(lán)的硅酸鹽礦物，化學(xué)組成式為2MgO·2Al2O3·5SiO2(即含13.7％MgO、34.9％Al2O3和51.4％SiO2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))，熔點(diǎn)1460℃，具有較低的熱膨脹系數(shù)、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和介電性能。

堇青石晶體的熱膨脹呈現(xiàn)各向異性，在c軸方向是負(fù)值，在a軸方向是正值，這樣在c軸方向呈現(xiàn)負(fù)的膨脹，整體顯示非常小的熱膨脹。因此，利用堇青石制備多孔陶瓷既具有堇青石的較低熱膨脹系數(shù)，良好的化學(xué)穩(wěn)定性、介電性能等性質(zhì)，又具有多孔陶瓷低密度、高滲透率、抗腐蝕、耐高溫、隔熱良好等性能。

堇青石質(zhì)多孔陶瓷的制備方法

堇青石多孔陶瓷最主要的特征是其多孔特性，其制備的關(guān)鍵和難點(diǎn)就是其多孔結(jié)構(gòu)的形成。根據(jù)多孔陶瓷材料的具體使用場所和性能要求，目前已有的堇青石多孔陶瓷的制備工藝有顆粒堆積法、發(fā)泡法、擠壓成型法、添加造孔劑法、有機(jī)泡沫體浸漬法、溶膠－凝膠法、凝膠注模法等。

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1、添加造孔劑法制備堇青石多孔陶瓷

引入相應(yīng)造孔劑制備堇青石多孔陶瓷是一種工藝簡單的制備方法，其制備工藝指的是在陶瓷坯料中添加適量的造孔劑，由于造孔劑在坯體中占據(jù)一定的空間，燒結(jié)后造孔劑離開基體而在坯體內(nèi)部形成氣孔，獲得堇青石多孔陶瓷。在堇青石多孔陶瓷的制備過程中，常用的造孔劑有：石墨、淀粉、聚苯乙烯微球、炭黑、聚丙烯塑料顆粒、木屑、米糠等。

添加造孔劑法制備多孔陶瓷的優(yōu)點(diǎn)為：制備工藝過程簡單，容易操控，可制得形狀復(fù)雜及各種氣孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷。缺點(diǎn)為：混料過程中難以保證造孔劑在坯料中的分布均勻性，故制品的氣孔分布均勻性較差，顯氣孔率較低，難以保證制品性能的穩(wěn)定性。

2、擠壓成型法制備堇青石多孔陶瓷

擠壓成型法制備堇青石多孔陶瓷的工藝特點(diǎn)是依靠事先設(shè)計(jì)好的多孔金屬磨具來成孔。一般是將制備好的可塑性坯泥放入擠壓成型機(jī)通過具有蜂窩網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的磨具進(jìn)行成型，經(jīng)干燥、燒成即可獲得具有一定孔隙率和孔徑分布的堇青石多孔陶瓷。

擠壓成型法制備多孔陶瓷的優(yōu)點(diǎn)為：可根據(jù)制品的實(shí)際應(yīng)用場所精確設(shè)計(jì)孔隙率、孔徑大小以及成孔形狀等，最常見的孔型設(shè)計(jì)為正方形、三角形等；孔隙率均勻；易大批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)為：不能制備出比較復(fù)雜的孔徑結(jié)構(gòu)和孔徑較小的堇青石多孔陶瓷；對擠壓成型坯泥質(zhì)量的要求較高；對擠壓成型所用金屬模具的精度要求較高。

3、發(fā)泡法制備堇青石多孔陶瓷

發(fā)泡法制備多孔陶瓷材料是在陶瓷制備過程中添加一定量的發(fā)泡劑，常用的發(fā)泡劑為有機(jī)發(fā)泡劑和無機(jī)發(fā)泡劑兩種。在坯料處理過程中發(fā)泡劑會形成一定量的揮發(fā)性氣體，產(chǎn)生一定量的泡沫，經(jīng)過干燥、燒成可獲得具有一定孔隙率的多孔陶瓷材料。

發(fā)泡法制備多孔陶瓷材料與傳統(tǒng)陶瓷的制備工藝相比，多了一個干燥前的發(fā)泡過程，所以理論上在坯料的干燥溫度范圍內(nèi)能產(chǎn)生氣體的物質(zhì)均可作為發(fā)泡劑使用。

4、有機(jī)泡沫浸漬法制備堇青石多孔陶瓷

有機(jī)泡沫浸漬法是將制備好的陶瓷漿料均勻涂覆在有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體上，干燥處理后，在一定溫度下將有機(jī)泡沫體燒掉，從而獲得具有一定孔隙率和孔徑分布的多孔陶瓷材料。為了保證制品的質(zhì)量，所采用的有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體必須有一定的親水性和足夠的回彈性，即可保證其與陶瓷料漿的結(jié)合強(qiáng)度，且在多余漿料擠出后網(wǎng)狀體還可恢復(fù)原來的形狀。由于有機(jī)泡沫網(wǎng)狀體的三維網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)，制得的多孔陶瓷材料具有完全連通的開孔結(jié)構(gòu)，且氣孔率較高。

5、顆粒堆積法制備堇青石多孔陶瓷

顆粒堆積法(也稱為骨料堆積法/固態(tài)燒結(jié)法)是以微細(xì)的陶瓷粉體為主要原料，利用微細(xì)粉體比表面積大，即燒結(jié)推動力大，易于燒結(jié)的特點(diǎn)，在一定燒成溫度下生成一定液相并將粉料相互連接起來。為了保證制品的燒成速率，一般需在原料中加入一定的助溶劑和黏結(jié)劑，這種方法制備的多孔陶瓷的氣孔率較低，因此，利用這種方法制備堇青石多孔陶瓷的研究較少。顆粒堆積法制備多孔陶瓷的優(yōu)點(diǎn)為：制備工藝簡單；缺點(diǎn)為：制品的氣孔率較低，且強(qiáng)度較低。

堇青石質(zhì)多孔陶瓷的應(yīng)用

1、催化劑載體材料

催化劑載體能夠提高催化劑的使用效率，主要作用機(jī)理是在催化反應(yīng)中使得催化劑有恰當(dāng)?shù)男螤詈洼^好的機(jī)械強(qiáng)度，從而使微量的催化劑能夠均勻地分散。目前，汽車使用最多的是蜂窩狀堇青石質(zhì)多孔陶瓷載體，其具有薄壁、開孔率高、機(jī)械強(qiáng)度大、熱穩(wěn)定性好、耐沖擊等優(yōu)點(diǎn)。

2、過濾分離材料

利用多孔陶瓷孔徑相互貫通及尺寸分布均勻等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)氣體和液體的過濾和分離。

3、耐火材料

堇青石由于具有低熱膨脹率及強(qiáng)抗熱震性，因此可用作耐火材料。

4、電子器件材料

堇青石由于具有良好的介電性能，因此可用作電子器件材料。

參考來源：

[1]劉曉旭，劉曉文.堇青石質(zhì)多孔陶瓷的制備與應(yīng)用現(xiàn)狀

[2]張會.堇青石多孔陶瓷的制備及研究進(jìn)展

[3]段俊杰等.多孔堇青石的制備

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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