中國粉體網(wǎng)訊  多孔陶瓷是一種重要的功能和結(jié)構(gòu)材料，在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中的作用日趨增大，而多孔氧化鋁陶瓷作為多孔陶瓷中廣泛使用的一種，愈發(fā)受到關注。

圖片來源：洛陽欣瓏陶瓷

1多孔氧化鋁陶瓷特性

多孔氧化鋁陶瓷是指一種以氧化鋁為骨料，通過在成型或燒結(jié)過程中，利用物理方法或化學方法在基體內(nèi)部形成大量相互貫通或閉合的孔洞的多孔材料。

多孔氧化鋁陶瓷是氧化鋁陶瓷與多孔陶瓷的結(jié)合體，其保留了氧化鋁陶瓷固有的優(yōu)良的熱、光、電、磁等物理性能的同時還兼有多孔結(jié)構(gòu)帶來的高的氣孔率以及較大的比表面積，具有硬度高、力學性能優(yōu)良、耐腐蝕、高溫穩(wěn)定性好等特點，且其制造成本低廉，生產(chǎn)工藝簡單，因此成為了應用領域最廣的一類多孔陶瓷材料。

2多孔氧化鋁陶瓷的研究現(xiàn)狀

1978年，MollardFR率先利用氧化鋁類的陶瓷漿料制備出了多孔陶瓷，并用其進行熔融金屬液體的過濾。隨著多孔陶瓷的快速發(fā)展，以美英為首的歐美國家加大了研發(fā)力度，優(yōu)化了制備方法，使得其制備工藝由最初的手工作坊式逐漸向機器化和自動化轉(zhuǎn)變。

而我國于20世紀80年代才開始對多孔陶瓷的研究。1996年，我國的第一條多孔陶瓷生產(chǎn)線在深圳建成，該生產(chǎn)線采用獨創(chuàng)的配方和先進的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品性能及主要技術指標均達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。2006年福州大學以氧化鋁粉和莫來石為原料制備了用于鋁熔體過濾的“第二代”具有良好抗沖刷能力的多孔陶瓷過濾器。2019年，劉靜靜等人首次報道了以碳化稻殼為成孔劑和硅源制備細長莫來石增強多孔氧化鋁陶瓷的簡便方法。采用25wt%碳化稻殼制備了孔隙率為74.3%的高性能氧化鋁多孔陶瓷，其導熱系數(shù)相對較低，為0.189W/(m·K)，超高抗壓強度為45MPa，其綜合性能遠優(yōu)于現(xiàn)有陶瓷材料。

3多孔氧化鋁陶瓷的應用

多孔氧化鋁陶瓷因其優(yōu)異的特性具有廣闊的應用前景。

3.1催化劑載體材料

多孔氧化鋁陶瓷由于具有優(yōu)異的耐熱性、高硬度和優(yōu)異的化學穩(wěn)定性，被認為是理想的催化劑載體，并大量應用在工業(yè)生產(chǎn)中。

多孔氧化鋁陶瓷除了可以作為汽車尾氣凈化催化劑載體，在生物領域，也常被作為蛋白質(zhì)或細胞的載體，因其與生物體本身不產(chǎn)生排斥，并且不易污染或誘導蛋白質(zhì)或細胞發(fā)生變性。一般醫(yī)學工業(yè)、化學工業(yè)、食品工業(yè)等會優(yōu)先選用孔徑低于0.1μm的多孔氧化鋁陶瓷作為固定酶用載體。

3.2傳感器材料

多孔氧化鋁陶瓷可被用作濕度傳感器，其工作原理在于空氣中夾雜的水分吸附到多孔氧化鋁陶瓷表面會引起陶瓷本身電導的變化，因此空氣濕度越大，多孔氧化鋁陶瓷吸附的水層則越厚，傳感器的電導也將越大，因此可以根據(jù)材料電導的大小來推斷周圍環(huán)境的濕度。

3.3熔融金屬過濾

多孔氧化鋁陶瓷材料的耐高溫性和耐腐蝕性使其即使在溫度高達1000℃以上的惡劣環(huán)境下也可以持續(xù)工作很長時間。因此多孔氧化鋁陶瓷常被制備成陶瓷過濾網(wǎng)，應用于鐵、鋁等熔融金屬液的過濾。而多孔氧化鋁陶瓷材料在工作中除了能保證金屬熔融液體中的雜質(zhì)被大幅度過濾的同時，其優(yōu)良的高溫化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性使其自身不受雜質(zhì)與金屬熔融液體的污染，得以被重復利用，是一種性能優(yōu)良的綠色環(huán)保材料。

在實際生產(chǎn)應用中，多孔氧化鋁陶瓷作為過濾網(wǎng)過濾鋼鐵熔融液，不但能夠濾去鋼水中雜質(zhì)以及氮氧化合物等，同時可以大大提高鋼鐵本身的內(nèi)在性能。國內(nèi)外開發(fā)的多孔氧化鋁陶瓷過濾器件按照不同結(jié)構(gòu)種類可劃分為顆粒形狀、網(wǎng)結(jié)構(gòu)型、芯型、蜂窩狀和泡沫等。

3.4液體過濾

利用多孔氧化鋁陶瓷氣孔率高的特點，可將多孔氧化鋁陶瓷制備成液體過濾器件。在當今技術手段的支持下，多孔氧化鋁陶瓷在一定程度上已經(jīng)可以實現(xiàn)孔徑可控，可以根據(jù)現(xiàn)實需要將其制備成孔徑為幾微米到幾十微米不同的過濾器件，由于過濾水中的雜質(zhì)、重金屬離子、細菌、微生物等，對水可以起到抗菌、殺毒的效果。

3.5吸音材料

多孔氧化鋁陶瓷由于其內(nèi)部具有大量孔徑微小的空隙及孔隙，空隙及孔隙中的空氣分子會對進入材料的聲波產(chǎn)生粘滯阻力并帶有摩擦作用，使聲波中的部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而被吸收，從而達到聲音減少的效果。而被作為吸音材料應用的多孔氧化鋁陶瓷材料的氣孔孔徑一般要求在20μm-150μm，孔隙率需要達到60%以上。其易于清洗再生、耐高溫、耐腐蝕、比重小的優(yōu)良性能使之在現(xiàn)代高層建筑、隧道、地鐵等防火要求極高的場合以及一些噪音比較大的動力機械設備中發(fā)揮重大作用。

3.6隔熱耐火材料

多孔氧化鋁陶瓷中的閉合孔隙有利于削弱熱量傳遞時熱輻射、熱對流和熱傳導的能力，從而使陶瓷材料具有較低的熱傳導率、較小的比熱以及高抗熱震性等。而這些優(yōu)良的熱學性能使其可以被制備成一種理想的隔熱耐火材料應用于各類高溫工況中。目前工業(yè)中常用的隔熱耐火材料多為氧化鋁基、氧化鋯基、碳化硅基等，使用溫度基本維持在1600℃，而多孔氧化鋁陶瓷耐火磚是目前工業(yè)窯爐和高溫爐最常用的內(nèi)襯材料。

3.7熱交換器

多孔氧化鋁陶瓷的高孔隙率使其具有較大的熱交換面積，常被作為節(jié)能材料應用在熱工行業(yè)中。例如在軋鋼加熱爐中，將多孔氧化鋁陶瓷安置在鋼坯加熱爐的煙道口，爐內(nèi)的高溫氣體可以通過多孔氧化鋁陶瓷進入煙道，當多孔氧化鋁陶瓷的溫度接近爐內(nèi)溫度時，多孔氧化鋁陶瓷會出現(xiàn)反饋作用，利用其優(yōu)良的熱輻射特性反向向爐內(nèi)輻射熱量，部分補償了爐內(nèi)向煙道口散失的熱量。通過這種熱交換作用，可以增加30%的節(jié)能效果，使整體熱效率得到提高。

3.8生物工程材料

多孔氧化鋁陶瓷可以被用作固體酶載體，有利于生化反應速率的提升。山東鋁研究院制備的多孔氧化鋁陶瓷，在用作固體酶載體時，可使固定酶活達到每克氧化鋁具有8000-1000個單位，大大突破了最低要求每克氧化鋁7000個單位的固定酶活。

近些年來，多孔氧化鋁陶瓷骨修復材料取得了相當可觀的發(fā)展，使用多孔氧化鋁陶瓷進行骨骼修復時，生物體內(nèi)的細胞、組織等會生長進入陶瓷材料孔隙內(nèi)，經(jīng)過一定時間后，氧化鋁陶瓷材料可以被消化吸收而被新生骨制質(zhì)替代。多孔氧化鋁陶瓷用作牙托連接材料時，由于樹脂可以進入材料的孔隙內(nèi)部，增大了接觸面積，使得牙齒可以更好的固定在陶瓷材料上。

3.9其他應用

除了上述應用外，多孔陶瓷還被用作光觸媒載體。光觸媒是一種納米級金屬氧化材料（如二氧化鈦等），將它涂覆在多孔陶瓷材料表面后，當光觸媒材料受到光作用后，會產(chǎn)生催化氧化降解功能，可以有效降解空氣中的有毒有害氣體，還有殺菌除菌功效。對比傳統(tǒng)常用的載體材料，如活性炭氈、活性炭海綿、鋁蜂窩、金屬絲網(wǎng)等，多孔陶瓷材料對光觸媒材料有更好的附著力，使其不易脫落，增長使用壽命。此外多孔陶瓷材料可以用于輻射活化，如金宗哲等采用稀土廢料制備微米級多孔陶瓷，利用引入的稀土元素具有的輻射作用，可以對水或其他物質(zhì)起到活化作用，達到節(jié)能減廢的目的。

參考來源：

【1】范羽宜.多孔氧化鋁陶瓷制備及鋁造孔機制探討.2020.

【2】李亞杰.氧化鋁多孔陶瓷材料的制備及性能研究.2020.

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星耀）

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