隔热阻燃复合材料的设计与制备技术+文献综述(3)

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2.2 隔热多孔陶瓷研究进展

2.2.1 多孔隔热陶瓷传统制备技术

多孔陶瓷经过多年发展已经具备一些较为成熟的制备方法包括发泡法、添加成孔剂、有机泡沫浸渍、溶胶-凝胶法、发泡法[7]、机械搅拌法等多种方法[8]。影响多孔类材料的导热系数的主要因素包括材料的类型、孔隙率、粒径大小与分布等，采用不同的制备方法获得的多孔陶瓷的性能有很大的差异。具有良好的隔热保温性能的多孔陶瓷一般要求较高的孔隙率、一定的孔隙大小和良好的机械强度，图2.1简单介绍了这些方法对应的特点与应用。

多孔陶瓷材料常见工艺比较

2.2.2 多孔隔热陶瓷新型制备技术

除了上述制备方法外，多年来人们对多孔陶瓷不断研究，出现了许多新兴制备方法，下面简单介绍比较活跃的几种制备方法。

（1）冷冻干燥工艺

冷冻干燥工艺合成了复合孔结构的多孔陶瓷是利用水的物态变化。简单来说，水基陶瓷浆料进行冻结同时控制冰晶定向生长，在低压下干燥条件下使冰由固态直接到气态而升华从而在陶瓷基体在烧结之前形成定向排列孔，然后进行烧结得到具有复杂孔结构的陶瓷，所以这种基于冷冻原理的陶瓷制备工艺很独特。烧结条件和时间等因素可以调整孔的结构。该工艺的特点是坯体烧成收缩小、烧成控制简单、孔结构可设计性强、而且成孔过程基本属于物理变化，没有污染有利于环保。Fukasawa等[9]以水为溶剂, 制备出宏孔和微孔复合孔结构的氧化铝陶瓷, 制备过程中展现绿色环保的特点，较其他化学方法有着独特的优势。该工艺也可用于制备其他多孔材料, 具有很大的潜力。

（2）三维编织技术

用纤维来成型多孔陶瓷主要是利用陶瓷纤维本身具有类似于纺织原料的纺织特征或纤细形态，进而相互编构成具有三维立体结构的孔洞的一种制备成型方法[10]。纤维多孔陶瓷的制备是在上世纪80年在国外发展起来的新兴工艺[11,12]。将原材料制成陶瓷纤维，利用其纺织特征进行三维编织，得到的多孔材料的气孔率，分布，孔径大小等高度可控[13]。这种复合材料具有强度高、孔隙率大、质量轻等许多特点，这些是众多多孔制备方法所不能比拟的优点。但其也受到其他方面限制:例如大多数制得的陶瓷纤维的长度和编织性能不够优良，三维编织过于依赖编织机的性能，研制技术门槛高导致成本昂贵等许多方面限制了这项技术的普及。但是这不妨碍它成为相当具有前途的制备方法，目前多用于航空航天的隔热材料，并向其他医学，军事领域发展。

（3）组织遗传制备工艺

该工艺是利用木材材质等的天然多孔组织, 将其在高温下在隔绝空气或者惰性气体环境中热解碳化得到与木材多孔结构与性能取向几乎完全相同的模板。了解到wang等[14]利用小米茎秆、薛涛等[15]用废弃棉短绒制备具有天然组织形态的碳化模板，运用此方法制备的多孔材料具备自然界中植物特有的微观结构。可将木材碳化模板中渗入树脂[16],之后在200℃左右热解，可以提高木材类模板的强度，减少模板的变形与开裂，能够改善制备性能。然后将高硅蒸汽渗入到模板与碳结构化合形成多孔碳化硅陶瓷。该工艺过程简单, 成本低廉,可是由于制品的孔结构主要取决于于模板来源材质本身的纤维组织,因此受限于天然组织的形态导致制备的可设计性较差。这类制备方法得到的陶瓷具有耐高温、抗氧化、膨胀系数小的特点，并且由于硅材料的使用也使这类陶瓷具有半导体的特性。其优良的特性促使它在多领域都有着广泛的应用。

2.2.3应用领域与发展趋势