多孔陶瓷的制备方法、性能表征和建筑节能领域的应用

2.1有机泡沫浸渍工艺

有机泡沫浸渍工艺是用有机泡沫浸渍陶瓷料浆，干燥后烧掉有机泡沫，从而使陶瓷产生孔洞。有机泡沫体具有开孔三维网状骨架的特殊结构。因此烧掉有机泡沫后获得的孔隙是网眼型的。该法适于制备高气孔率、开口气孔的多孔陶瓷。有机泡沫材料的孔径大小和浆料在其上的覆厚度对最后制品的孔径尺寸起着决定性的作用。

2.2发泡工艺

发泡工艺是在1973年被Sundermann等发明。原理是在陶瓷组分中加入有机物或无机质，在烧成阶段该物质会通过化学反应产生气体，从而形成孔洞，制成多孔陶瓷。该法特别适用于制备闭气孔的陶瓷材料。发泡法可以更好地控制气孔的尺寸和形状，使制品具有更好的可控性。

2.3添加造孔剂工艺

在陶瓷配料中加入造孔剂，造孔剂在坯体中占据一定的空间。在烧成阶段，造孔剂受到高温的作用形成气体挥发而在制品中留下气孔。与传统的陶瓷工艺相比，此工艺只是在陶瓷配料中多加入造孔剂，制造工艺没有很大改变，适用于低成本的企业选用。造孔剂种类和加入量对多孔陶瓷的孔径分布和气孔率起着决定性的作用。

2.4溶胶-凝胶工艺

溶胶-凝胶工艺主要利用凝胶化过程中胶体粒子的堆积以及凝胶处理、热处理等过程中留下小气孔，形成可控多孔结构。这种方法大多数产生纳米级气孔，多用来生产微孔陶瓷。但此法采用大量的有机物，成本高，产量低不利于工业化大规模的生产。

2.5颗粒堆积工艺

凭借骨料颗粒按一定堆积方式可以形成的颗粒空隙。在烧结过程中，粘合剂在高温下产生液相，使陶瓷颗粒相互接触的部分被烧结在一起，颗粒间的空隙形成相互贯通的微孔。通过控制骨料的粒径和粒径分布，便可以获得孔径为0.1～600μm 的微孔陶瓷。骨料颗粒的形状、粒径、粒径分布、各种添加剂的含量和烧成制度对微孔体的孔径分布和孔径大小有直接影响。

2.6新型制备工艺

3.1气孔率

多孔陶瓷的重要特征是具有较多的均匀可控的气孔。气孔有开口气孔和闭口气孔之分，显气孔率是指开口气孔（指与大气相通的气孔）的体积与试样总体积的百分率。开口气孔具有过滤、吸收、吸附、消除回声等作用，而闭口气孔则有利于阻隔热量、声音以及液体与固体微粒传递。

3.2孔径和孔径分布

孔径和孔径分布是多孔陶瓷一个极其重要的性质，孔径的大小和分布直接影响到其他一系列的性能。因此在选择多孔陶瓷时，孔径的大小和分布是必须要考虑的一个重要因素。测定多孔陶瓷孔径和孔径分布的方法有显微法、蒸汽渗透法和气体泡压法等。随着孔径的减小，气孔中的对流传热会降低，能起到更好的隔热效果。

3.3力学性能

应用多孔材料时大多要求满足一定的力学性能，这些力学性能参数主要包括抗压强度、抗弯强度。多孔陶瓷材料一般由金属氧化物、二氧化硅、碳化硅等经过高温煅烧而成，这些材料本身具有较高的强度，煅烧过程中原料颗粒边界部分发生融化而粘结，形成了具有较高强度的陶瓷。但由于气孔的存在会明显的降低了陶瓷的力学性能。气孔的分布、气孔大小、气孔率都会对力学性能产生影响，随着气孔率的增加，多孔陶瓷的力学性能会急剧的下降。

3.4隔热性能

多孔质隔热材料有效热导率公式为：Ke=（1-P）Ks+PKg+4dσT3。根据公式可以看出，随着气孔率的增加，气孔的尺寸的减少，材料导热能力越差，隔热性能越好。但随着孔隙率的增加，陶瓷力学性能会急剧的下降。因此在选择多孔陶瓷时，必须考虑两者的平衡，达到最好的效果。

建筑物隔热保温是节约能源、改善居住环境和使用功能的一个重要方面。建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例在30%～40%，绝大部分是采暖和空调的能耗，故建筑节能意义重大。多孔陶瓷导热系数低，能够非常有效的减少热量的散失，并且耐久性好，与水泥砂浆、混凝土等相容性好，吸水率低，耐候性好，施工工序少。因此多孔陶瓷是一种良好的建筑节能材料。

由于闭孔能够很好的阻碍气体间的对流换热，使得材料的传热更加困难。在相同气孔率的情况下，闭孔型多孔陶瓷的导热系数比开孔型小。因此，发泡工艺作为有效的闭孔型多孔陶瓷的制备方法被广泛用于建筑节能保温多孔陶瓷的生产。因此在建筑节能领域，科学家们主要是针对发泡工艺进行研究。

多孔陶瓷的气孔率已经相当高，增大气孔率对多孔陶瓷的节能性能已经影响不大。研究重点更多的是关注在生产方面。在原料方面，由于国家的矿产等资源的日渐减少，陶瓷原料的不断减少，造成了陶瓷成本的大大增加。如马龙等人对采用工业废渣赤泥生产发泡陶瓷进行了试验。在孔径尺寸和分布方面，目前对孔径尺寸和分布的控制主要手段有两个：一是通过选择不同的发泡剂或者改变发泡剂的加入量进行控制。吴丽娜等人对发泡剂的种类和特性进行全面的分类和归纳；二是通过改进生产工艺，对整个生产工艺实现更精密的控制，减低生产过程中的不确定性。