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多孔SiC陶瓷的制备与应用

摘要多孔SiC陶瓷具有高温强度高、抗氧化、耐磨蚀、抗热震、较高的热导

率及微波吸收能力等特点，在过滤材料、复合材料骨架、催化剂载体和吸声材料方面应用

广泛。本文从产业化及应用的视角，综述多孔SiC陶瓷的多种制备技术及工艺特点，介绍

多孔SiC陶瓷的应用情况，展望其发展方向并提出技术发展建议。

关键词多孔陶瓷;SiC;制备技术;应用

0前言

多孔陶瓷是指经过特殊成型和高温烧结工艺制备的一种具有较多孔洞的无机非金属

材料[1]，具有耐高温、开口孔隙率高、比表面积大、孔结构可控等特点，因而在吸附、

分离、过滤、分散、渗透、换热隔热、吸声、隔音、催化载体、传感以及生物医学等方面

都有着广泛的应用[2]。商业化的多孔陶瓷以SiC、SiO2、Al2O3等材质为主。

多孔SiC陶瓷还具有高温强度高、抗氧化、耐磨蚀、抗热震好、比重小、较高的热

导率及微波吸收能力等特点，在过滤材料、催化剂载体、吸声材料和复合材料骨架材料方

面应用广泛。本文以多孔SiC陶瓷材料为例，从产业化及应用的视角，综述多孔陶瓷的多

种制备方法以及工艺特点，介绍其应用，并为高性能多孔SiC陶瓷的发展和应用提出了建

议。

1制备技术

本文根据多孔陶瓷孔隙成因及成型工艺特点，将其制备方法分为：造孔剂法、有机

泡沫浸渍法、3D打印法、模板法以及其他方法，详述如下：

1.1造孔剂法

造孔剂法基本原理是在陶瓷配料中添加可烧失的造孔剂，利用造孔剂在陶瓷坯体中

占据一定空间，经过排塑和高温烧结等方法让造孔剂离开基体从而形成孔隙，从而得到多

孔陶瓷。

造孔剂法制备多孔陶瓷的工艺流程与传统的陶瓷工艺类似，主要有混料、成型和烧

结等工序，成型工艺可以选用模压、挤压、等静压、注射和注浆等。多孔陶瓷中气孔的大

小、形状和孔隙率决定于造孔剂颗粒的大小、形态以及用量，因此关键在于造孔剂的种类

和用量的选用。

郭兴忠[3]等采用淀粉为造孔剂，氧化铝和氧化钇为烧结助剂，以传统造粒粉模压工

艺成型，制备了多孔SiC陶瓷，發现高造孔剂含量是可以产生大的气孔和较高的气孔率，

通过调节造孔剂用量可以控制和调节孔结构，淀粉对多孔碳化硅陶瓷的物相成分没有影响。

伦文山[4-5]等采用木屑为造孔剂，高岭土、硅微粉、滑石粉和钛白粉为烧结助剂，采用

冷等静压工艺制备管状素坯，在有氧环境下烧结。所制多孔SiC陶瓷的孔隙率为37.5%，

抗折强度达到23.5MPa，多孔陶瓷管应用于高温烟气过滤。于晓东[6]等采用碳粉为造孔

剂，聚碳硅烷为粘接剂，制备的多孔SiC陶瓷孔隙率可以达到55%。发现随着造孔剂含量

增加，气孔率升高，弯曲强度快速下降。随着模压压力的升高，平均孔径下降;随着SiC

粉末粒度增加，平均孔径增大。

造孔剂法制备工艺与传统陶瓷基本一致，技术成熟度高。所制多孔陶瓷具有较高的

强度，制品形状复杂，气孔结构多样，平均孔径尺寸10～1000μm，孔隙度最高可达到

60%左右。其缺点是气孔分布均匀性差。造孔剂法目前在陶瓷过滤材料、陶瓷雾化器、生

物材料和催化剂载体等领域已获得普遍性应用。

1.2有机泡沫浸渍法

有机泡沫浸渍法的原理是借助有机泡沫所具有的开孔三维骨架的特殊结构，将制备

好的陶瓷浆料均匀涂覆在有机泡沫网状体上，干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔

陶瓷。多孔陶瓷的孔尺寸主要取决于有机泡沫体的孔尺寸，网眼多孔体的孔结构与有机泡

沫母体的结构近乎相同，呈开孔三维网状骨架结构。

叶青柏[7]等用聚氨脂泡沫作为成型骨架材料，采用浸渍方法生产出SiC质泡沫陶瓷

过滤片，具有良好的耐热冲击性和化学稳定性，孔隙率高达70%～80%，用于铁水过滤净化。

朱新文[8]等以软质聚氨酯泡沫为多孔基体，以羧甲基纤维素和粘土为流变剂，硅溶胶为

粘接剂，制备了网眼多孔陶瓷，其制品物相主要由碳化硅、氧化铝和方石英和莫来石组成。

有机泡沫浸渍法制备的多孔陶瓷具有高开孔孔隙率，气孔相互贯通，工艺简单等特

点，孔径尺寸大约100μm～5mm，制品形状受限制，密度不易控制。采用有机泡沫浸渍

法制备的多孔碳化硅陶瓷已经应用于金属熔体过滤器、隔热材料、热转换器等领域。

1.33D打印法

3D打印是近年来发展起来的陶瓷增材制造成型工艺，是以数字模型为基础，采用自

下而上的逐层堆积