多孔陶瓷材料应用及制备的研究进展

回顾了多孔陶瓷材料传统的应用领域和制备方法，总结和归纳了多孔陶瓷材料新的应用领域和新的制备方法，指出了当前多孔陶瓷材料的研究热点和今后所要解决的问题。     

多孔陶瓷材料的制备技术

本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状，对目前研究比较活跃，应用比较成功的几种制备技术进行了分析，并讨论了今后的发展趋势。     

多孔陶瓷材料的制备技术

本文评述了近年来多孔陶瓷材料制备技术的研究现状，对目前研究比较活跃，应用比较成功的几种制备技术进行了分析，并讨论了今后的发展趋势。     

多孔陶瓷材料制备工

概述了多孔陶瓷的基本特征,分类,特性,性能,应用领域。详细介绍了多孔陶瓷的传统制备工艺与现代制备工艺的制备方法,优缺点以及适用范围等,以SiC多孔陶瓷为例作具体分析介绍。最后展望了多孔陶瓷材料的发展前景。     

多孔陶瓷材料的研究进展

多孔陶瓷是一种新型功能材料,由于其具有气孔率高、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等优良性能,而被广泛应用于众多领域。本文总结了多孔陶瓷材料的分类方法和性能指标,介绍了多孔陶瓷的制备工艺和特点;并列举了多孔陶瓷在过滤器、催化剂载体、节能隔热材料、吸声材料和生物材料等方面的应用;最后展望了多孔陶瓷材料的发展前景。     

聚合物泡孔材料为模板的溶胶-凝胶法

采用浓乳液聚合方法制备出多孔聚合物结构材料作为模板,通过溶胶-凝胶法,将异丙醇钛的异丙醇溶液多次浸泡聚合物泡孔材料制备出了尺寸为毫米级的多孔氧化钛陶瓷材料.考察了多孔性的聚合物模板的孔径对所制备陶瓷孔径的影响,以及不同聚合物模板体系对陶瓷结构的影响,并采用扫描电子显微镜对所制备的陶瓷材料进行了形态表征.结果表明,通过调节浓乳液体系分散相的体积分数以及改变聚合物模板体系均可以有效地调节所制备的多孔陶瓷的形态结构.     

高温气体过滤除尘材料的研究进展

高温介质过滤除尘技术的关键是高温过滤材料,本文主要介绍了金属多孔材料和陶瓷多孔材料以及新型过滤材料各自的特点和最新研究进展,其中金属陶瓷复合膜等新型多孔材料因克服了陶瓷材料密封性、抗热震性差以及金属材料制备困难、稳定性差等缺点,成为高温气体除尘材料研究者关注的焦点。     

直写成型制备多孔陶瓷技术研究进展

多孔陶瓷具有耐高温、可控孔结构、高孔隙率、化学稳定性和生物惰性等特点，是应用于支柱、生物、催化和电气等领域的理想材料。传统多孔陶瓷的制造方法主要有颗粒堆积、添加造孔剂、发泡、溶胶-凝胶等。近年来，随着增材制造技术的发展，直写成型技术因其简单的设备构造和良好的浆料兼容性，被广泛应用于制造复杂结构和图案的多孔陶瓷。本文综述了直写成型多孔陶瓷的技术方法及其在各领域的应用，详细分析了直写成型技术制备多孔陶瓷材料的优劣势，提出了直写成型制备多孔陶瓷所面临的挑战，并对直写成型制备多孔陶瓷技术发展趋势进行了展望。     

先驱体转化法制备多孔陶瓷的发展现状

多孔陶瓷材料因其优异的性能在各种领域的应用越来越广泛,其制备方法也不断的发展.先驱体转化法制备多孔陶瓷是20世纪末才出现的一种新型工艺,它具有烧结温度低、成型工艺简单、所得制品强度高等优点,引起了科学技术界的广泛兴趣.根据所得多孔陶瓷的形态,先驱体转化法制备多孔陶瓷大致可分为两类:制备本征结构的多孔陶瓷,制备泡沫陶瓷.本文介绍了先驱体转化制备这两类多孔陶瓷的工艺、结构和性能的研究现状,以及其存在的急需解决的问题.     

多孔陶瓷制备工艺及应用研究进展

多孔陶瓷因其独特结构和优异性能成为近年来陶瓷材料领域的一个研究热点.综述了多孔陶瓷制备工艺的特点和新进展,重点评述了近年来为提高材料特性、拓宽应用领域而开发的新型制备工艺技术;并对多孔陶瓷在相关领域,特别是当前一些热点领域的应用进行了介绍.在此基础上,提出了今后值得关注与研究的方向.     

碳化硅多孔陶瓷制备技术研究进展

分别对碳化硅多孔陶瓷的主要制备方法进行了阐述，分析了这些制备方法的主要优缺点，并指出将来的研究重点应是高性能碳化硅多孔陶瓷的低成本制备技术及其应用领域的进一步拓展。另外，各种制备工艺条件同碳化硅多孔陶瓷性能之间的内在联系研究也应该进一步深化。     

多孔陶瓷材料的发展状况

评述了多孔材料的类型、结构、性质,对目前应用比较成功的几种制备技术进行了分析,并介绍了多孔陶瓷广阔的应用前景、研究进展和未来的研究方向。     

生物模板法制备多孔陶瓷的研究进展

生物模板法是依据生物矿化及仿生学原理,借助自然界一些生物的结构特异性或者催化活性来合成新型无机材料的一种工艺方法,尤其是在合成具有生物形态和纳米结构的多孔陶瓷领域显示出巨大的潜力.分别从生物模板的原料及制备、制备多孔陶瓷工艺和应用等3个方面,归纳和分析了近年来生物模板法制备多孔陶瓷材料的研究进展,提出了生物模板法制备多孔陶瓷工艺过程中存在的一些问题,并对该领域今后的研究和发展提出了一些建议.     

基于疏水作用的陶瓷浆料自发凝固成型研究进展

自发凝固成型是一种新型的陶瓷浆料原位固化成型方法, 通过吸附在陶瓷颗粒表面的分子链间弱作用(氢键, 疏水作用)实现浆料的固化, 具有普适性和适于常温大气环境操作的特点, 已成为先进陶瓷制备领域的研究热点。本文简述发现兼具分散和凝固功能的阴离子型高分子分散剂的历程, 以及自发凝固成型与其它原位固化成型的异同。在此基础上, 基于疏水作用设计合成了系列自发凝固成型剂, 进而满足以不同尺寸颗粒为原料的致密陶瓷和泡沫陶瓷的自发凝固成型。综述了面向实际应用所开发的陶瓷无界面连接、晶粒定向构造、干燥脱水等关键技术, 以及致密陶瓷和泡沫陶瓷制备等研发进展, 展望了未来自发凝固成型的发展方向。     

自蔓延高温合成氮化硅多孔陶瓷的研究进展

多孔氮化硅陶瓷兼具有高气孔率和陶瓷的优异性能, 在吸声减震、过滤等领域具有非常广泛的应用。然而, 目前常规的制备方法如气压/常压烧结、反应烧结-重烧结以及碳热还原烧结存在烧结时间长、能耗高、设备要求高等不足, 导致多孔Si₃N₄陶瓷的制备成本居高不下。因此, 探索新的快速、低成本的制备方法具有重要意义。近年来, 采用自蔓延高温合成法直接制备多孔氮化硅陶瓷展现出巨大潜力, 其可以利用Si粉氮化的剧烈放热同时完成多孔氮化硅陶瓷的烧结。本文综述了自蔓延反应的引发以及所制备多孔氮化硅陶瓷的微观形貌、力学性能和可靠性。通过组分设计和工艺优化, 可以制备得到氮化完全、晶粒发育良好、力学性能与可靠性优异的多孔氮化硅陶瓷。此外还综述了自蔓延合成多孔Si₃N₄陶瓷晶界相性质与高温力学性能之间的关系, 最后展望了自蔓延高温合成多孔Si₃N₄陶瓷的发展方向。     

冷冻浇注制备多孔陶瓷的研究进展

冷冻浇注制备多孔陶瓷具有绿色经济、孔结构可控以及材料性能优良等优点,近年来受到国内外学者的广泛关注。本文在简单介绍冷冻浇注工艺原理的基础上,阐述了冷冻浇注工艺过程中孔结构的形成机理与条件,详细讨论了液相介质与冷冻条件对孔结构的影响,总结了冷冻浇注制备多孔陶瓷的材料体系以及典型工艺条件,最后指出冷冻浇注未来的研究方向是孔结构的有效控制及新型功能化多孔陶瓷的制备。     

多孔陶瓷的直写成型工艺研究进展

多孔陶瓷内部含有大量三维孔隙,具有轻质、高强、高比表面积、低导热系数等特性,但是多孔陶瓷的传统制备工艺对结构和性能的可控性较低,很难满足先进能源、航空航天、电子信息等领域的发展对多功能高性能材料的需求。直写成型工艺是一种制造成本低、材料使用性广、技术可拓展性高的3D打印工艺,不仅可以直接制备具有轻量化特点的多孔陶瓷,而且结合其他工艺可以实现多孔陶瓷的层级结构和多功能化,有望实现设计与制造、材料与器件、结构与功能的一体化。介绍了直写成型法3D打印多孔陶瓷的工艺原理,综述了直写成型法直接制备多孔陶瓷、直写成型结合乳液/泡沫法和冷冻干燥法制备层级多孔陶瓷的研究进展。由于工艺柔性高,直写成型法能够与其他方法良好融合,以制备具有特殊结构和性能的多孔材料,尤其是兼顾高强度、高孔隙率和形状可控性的层级多孔陶瓷。最后,总结了目前直写成型工艺制备多孔陶瓷的优势和不足,并对打印材料性能、打印设备和主要应用领域的发展进行了展望。     

Porous ceramics mimicking nature—preparation and properties of microstructures with unidirectionally oriented pores

Abstract

Porous ceramics with unidirectionally oriented pores have been prepared by various methods such as anodic oxidation, templating using wood, unidirectional solidification, extrusion, etc. The templating method directly replicates the porous microstructure of wood to prepare porous ceramics, whereas the extrusion method mimics the microstructures of tracheids and xylems in trees. These two methods are therefore the main focus of this review as they provide good examples of the preparation of functional porous ceramics with properties replicating nature. The well-oriented cylindrical through-hole pores prepared by the extrusion method using fibers as the pore formers provide excellent permeability together with high mechanical strength. Examples of applications of these porous ceramics are given, including their excellent capillary lift of over 1 m height which could be used to counteract urban heat island phenomena, and other interesting properties arising from anisotropic unidirectional porous structures.