多孔陶瓷材料的应用浅析
多孔陶瓷是一种含有一定量空隙的无机非金属粉末烧结体 ，与其他无机非金属（致密陶瓷）的根本区别在于其是否含有空隙(气孔)及含有多少体积百分比的空隙（气孔）。根据成孔方法和空隙，多孔陶瓷可分为：泡沫陶瓷 、蜂窝陶瓷 、粒状陶瓷 ，其对应气孔率见下表。
由于一定量气孔的存在使得多孔陶瓷的结构、性质、功能发生了显著的改变。多孔陶瓷与致密陶瓷相比具有如下5个特点：
因为这些特性，使得多孔陶瓷在许多领域有着广泛的应用，下面将对其重要的八大应用做简单的介绍。
1. 应用于过滤与分离装置
多孔陶瓷的板状或管状制品组成的过滤装置具有过滤面积大、过滤效率高的特点。 被广泛应用于水的净化处理、油类的分离过滤以及有机溶液、酸碱溶液、其它粘性液体和压缩空气、焦炉煤气、蒸气、甲烷、乙炔等气体的分离。由于多孔陶瓷具有耐高温 、耐磨损 、耐化学腐蚀 、机械强度高 等优点，在腐蚀性流体 、高温流体 、熔融金属 等应用领域，正日益显示其特有的优势。
2. 应用于吸音降噪装置
多孔陶瓷作为吸音材料主要是利用其扩散功能，即通过多孔结构对声波引起的空气压力进行分散，达到吸音的目的。 多孔陶瓷作为吸音材料要求小的孔径（20～150μｍ），高的气孔率（60％以上）及较高的机械强度。多孔陶瓷现在已应用于高层建筑、隧道、地铁等对防火要求极高的场所及电视发射中心、影院等有较高隔音要求的场所。
3. 应用于工业催化剂载体
由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和活性，被覆盖催化剂后，反应流体通过多孔陶瓷孔道后，将大大提高转换效率和反应速率。 目前多孔陶瓷作为催化剂载体的研究重点是无机分离催化膜，它结合了多孔陶瓷材料的分离和催化特性，因而具有广泛的应用前景。
4. 应用于敏感电子元件
陶瓷传感器的湿敏和气敏元件的工作原理是，将微孔陶瓷置于气体或液体介质中时，介质中的某些成分被多孔体吸附或与之反应，这时微孔陶瓷的电位或电流会发生变化，从而测知气体或液体的成分。 陶瓷传感器具有耐高温、耐腐蚀，且制造工艺简单，测试灵敏、准确等特点，可适于许多特殊场合。
5. 应用于隔膜材料
多孔陶瓷与液体和气体接触面积大，槽电压比一般材料低得多，故将其用于电解隔膜材料，可大大降低电解槽电压，提高电解效率，节约电能和电极材料。 多孔陶瓷隔膜在化学电池、燃料电池和光化学电池中都有应用。
6. 应用于工业生产的布气装置
通过多孔陶瓷材料将气体吹入固体粉料中，可使粉料处于疏松和流化状态 ，达到传热迅速、受热均匀的目的，加速反应速率，防止粉料团聚，适于粉料的输送、加热、干燥和冷却，特别适于水泥、石灰和氧化铝等粉料生产厂家的生产及粉料输送。
7. 应用于隔热材料
多孔陶瓷由于气孔率高、密度小、热传导系数低，具有巨大的热阻及较小的体积热容，使其成为传统的保温隔热材料。 高级的多孔陶瓷隔热材料可用于航天飞机外壳隔热、导弹头等。
8. 应用于生物医疗材料
在传统生物陶瓷基础上研发的多孔生物陶瓷，由于生物相容性好，理化性能稳定，无毒副作用，而被用于生物医疗领域。 用多孔陶瓷制作的牙齿及其它植入体均已用于临床。
8. 应用于电子烟发热装置
低熔点玻璃粉应用于多孔陶瓷材料
多孔陶瓷一般是由骨料、粘结剂和造孔剂等组分经过高温烧成，而由广东启辰研制的低熔点玻璃粉，能在多孔陶瓷中起高温粘结剂的作用，在高温下熔融将骨架料粘结在一起，由于造孔剂在高温下挥发或者燃烧形成孔洞。 传统的多孔陶瓷以氧化铝等高温材料作为骨料，烧结温度高达1350-1700℃，能耗高，生产成本高，并且在生产过程中产品容易变形开裂。采用低熔点玻璃粉作为粘接剂，烧结温度可以降到600-700℃，生产能耗和成本将大大降低。
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广东启辰新材料科技有限公司 成立于2015年11月，注册资金1000万元，公司致力于无机非金属功能性粉体材料技术应用！主要从事无机粉体材料的研发、生产、销售和技术服务。
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可耐2000°C高温，华工制备出超高强度、高隔热的高熵多孔陶瓷材料
华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉团队通过多尺度结构设计，成功制备了兼具超强力学强度和高隔热的高熵多孔硼化物陶瓷材料，该材料可耐2000°C高温。近日，相关研究结果发表在材料领域的国际顶尖期刊Advanced materials（《先进材料》）上。
（论文网站截图）
随着新一代高超声速飞行器飞行速度的不断提升，对隔热材料的力学强度、热导率和耐温性提出了更严苛的要求，兼具优异力学强度及隔热属性的多孔陶瓷材料一直是科学家的追求目标。然而，这两种属性在一定程度上相互制约，对于传统的多孔陶瓷来说往往难以兼得。如果通过简单降低多孔陶瓷的相对密度，可显著提高材料的隔热性能，但这往往会导致材料力学强度的大幅下降。同时，传统多孔陶瓷材料耐温普遍小于1500°C，高温服役过程中常面临着体积收缩、力学性能衰减等问题，无法满足日益严苛的服役需求。
针对上述问题，华南理工大学材料科学与工程学院褚衍辉团队通过多尺度结构设计，成功制备了兼具超强力学强度和高隔热的高熵多孔硼化物陶瓷材料。同时，该材料还展现出了2000°C高温稳定性。
褚衍辉（右1）与团队在实验室
该高熵多孔陶瓷材料在航空航天、能源化工领域具有广阔的应用前景。相关研究结果以“Ultrastrong and High Thermal Insulating Porous High-Entropy Ceramics up to 2000℃”为题，发表在材料领域的国际顶尖期刊Advanced materials（《先进材料》）上。华南理工大学庄磊副教授和褚衍辉研究员为共同通讯作者，博士研究生文子豪和硕士研究生唐忠宇为共同第一作者。华南理工大学为唯一通讯单位。
据团队介绍，该材料的优异性能源于“三大法宝”，即微观尺度上构筑的超细孔、纳米尺度上强晶间界面结合，以及原子尺度上严重晶格畸变。
第一，在微米尺度上，团队通过超高温快速合成技术在数十秒内完成烧结，抑制晶粒生长，进而在材料内构筑均匀分布的亚微米级超细孔隙。第二，在纳米尺度上，通过进一步固溶反应，建立晶粒之间强界面结合。第三，在原子尺度上，通过引入9元阳离子严重晶格畸变，提高晶格内部的应力场和质量场波动，提高硼化物的本征力学强度。
制备出的材料样品
团队通过X射线衍射和精修计算、高精度CT成像、高分辨透射电子显微镜、电镜能谱、透射电镜能谱等方式，证实了所制备的材料在结构、元素均匀性上均有着优异表现。
文/广州日报·新花城记者：林霞虹 通讯员：华轩
图由通讯员提供
广州日报·新花城编辑：翁淑贤
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