多孔陶瓷是一種含有一定量空隙的無機(jī)非金屬粉末燒結(jié)體，與其他無機(jī)非金屬（致密陶瓷）的根本區(qū)別在于其是否含有空隙(氣孔)及含有多少體積百分比的空隙（氣孔）。根據(jù)成孔方法和空隙，多孔陶瓷可分為：泡沫陶瓷、蜂窩陶瓷、粒狀陶瓷，其對應(yīng)氣孔率見下表。

由于一定量氣孔的存在使得多孔陶瓷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、功能發(fā)生了顯著的改變。多孔陶瓷與致密陶瓷相比具有如下5個(gè)特點(diǎn)：

1、體積密度小，質(zhì)量較輕。

2、較大的比表面積和良好的過濾功能。

3、低的熱傳導(dǎo)率，良好的隔熱和隔音性能。

4、良好的化學(xué)和物理穩(wěn)定性，可適應(yīng)各種腐蝕環(huán)境，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度及剛度，耐熱性好。

5、工藝簡單，成本低廉。

因?yàn)檫@些特性，使得多孔陶瓷在許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，下文將對其部分重要的應(yīng)用領(lǐng)域做簡單的介紹。

一、多孔陶瓷用于過濾與分離材料

由多孔陶瓷的板狀或管狀制品組成的過濾裝置，具有過濾面積大和過濾效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于水的凈化處理、油類的分離過濾，以及有機(jī)溶液、酸堿溶液、粘性液體、壓縮空氣、焦?fàn)t煤氣、甲烷、乙炔等的分離過濾。此外多孔陶瓷具有耐高溫、耐磨損、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，在高溫流體、熔融金屬、腐蝕性流體、放射性流體等過濾分離方面，顯示出了獨(dú)特的優(yōu)勢。

1、用于熔融金屬的過濾

在鑄造業(yè)中，經(jīng)常使用泡沫陶瓷過濾器以除去熔融金屬中的非金屬雜質(zhì)。作為熔融金屬過濾器，其服役條件相當(dāng)苛刻，要求多孔陶瓷不但要有足夠的強(qiáng)度和較好的抗熱震性，而且要有抗金屬?zèng)_刷能力，并且不與過濾金屬起高溫反應(yīng)。

過濾器的材質(zhì)：通常為多組分金屬氧化物，含硅酸鹽、莫來石、繭青石、碳化硅、氧化鋯、氧化鋁、氮化硅等，與這些原料復(fù)合制成兩層或三層過濾系統(tǒng)。可以用于過濾鐵合金，不銹鋼，鋁、鐵、銅、青銅、鋼、鋅等。

示例：氧化鋁泡沫陶瓷過濾器

應(yīng)用舉例：氧化鋁泡沫陶瓷過濾器，最高使用溫度約為1150℃，可應(yīng)用于鋁及有色金屬合金溶液的過濾凈化。一方面過濾使得鋁液流動(dòng)變得有序和相對平靜，另一方面泡沫陶瓷過濾器能有效清除熔融金屬中的固態(tài)夾雜，所以鋁合金等可以順利地進(jìn)行鍛造、鋁箔制造、擠壓加工等工藝，得到更高品質(zhì)的產(chǎn)品。

2、用于熱（高溫）氣體過濾

高溫除塵技術(shù)是能源利用和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域達(dá)到能源高效利用及低污染排放的一項(xiàng)核心技術(shù)。高溫氣體干法除塵技術(shù)要求直接在高溫條件下實(shí)現(xiàn)氣體的干法除塵和凈化，以最大程度地利用氣體的物理顯熱，提高能源利用率，在實(shí)現(xiàn)氣體潔凈排放的同時(shí)節(jié)約水資源，并避免濕法除塵所帶來的二次水污染。

干法除塵技術(shù)概況：根據(jù)除塵機(jī)理，高溫氣體干法除塵技術(shù)大致可分為慣性除塵、靜電除塵及過濾式除塵。慣性除塵器耐高溫，但除塵效率較低；靜電除塵器雖適用于高溫氣體除塵，但電極壽命短，材料穩(wěn)定性差，除塵效率受粉塵的比電阻影響大；普通纖維袋式過濾除塵器盡管除塵效率高，但耐高溫性較差。

示例：脈沖袋式除塵器（過濾式）的構(gòu)造圖

示例：過濾式除塵器

多孔陶瓷材料除塵特點(diǎn)：以工業(yè)廢氣為主的含塵廢氣溫度高、腐蝕性強(qiáng)，對過濾材料有很高的要求。目前正在開發(fā)和應(yīng)用的多孔陶瓷材料以其耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、重量輕、價(jià)格低、除塵效率高（可達(dá)99%以上）、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，已成為過濾式干法除塵裝置的主要材料選擇之一。

環(huán)保要求越來越突高，高性能的陶瓷過濾件越來越重要

高溫陶瓷過濾材料種類：1）氧化物陶瓷材料，如氧化鋁/莫來石、堇青石、氧化鋯等；2）非氧化物陶瓷材料，如反應(yīng)結(jié)合碳化硅、黏結(jié)合碳化硅、熱壓燒結(jié)氮化硅、羥基磷灰石等。

應(yīng)用場合示例：柴油清潔排放系統(tǒng)的關(guān)鍵材料是純的SiC蜂窩陶瓷材料，其處理后可滿足歐Ⅳ、歐Ⅴ排放標(biāo)準(zhǔn)，它可以清除汽車尾氣排放中96.5以上的顆粒，包括極細(xì)的微粒。使汽車尾氣排放顆粒標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到歐Ⅳ以上的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也廣泛應(yīng)用于其他領(lǐng)域，如廢氣、廢煙的環(huán)保處理。

工作原理：顆粒捕集器采用蜂窩式結(jié)構(gòu)，在兩端設(shè)立有獨(dú)立的敞開與堵塞的通道，廢物從敞開的一段進(jìn)入，穿越多孔的蜂窩壁，然后從相鄰的的通道排出。煙灰顆粒由于過大，無法穿越壁孔，因?yàn)楸皇占谕ǖ辣谏希粫?huì)被排放到空氣中。該捕集器將會(huì)定期再生和加熱，從而消除煙灰，保持清潔。

示例：顆粒捕集器示意圖

此外，多孔陶瓷除了可以應(yīng)用于高溫氣體除塵過濾，還可用于制藥、釀造行業(yè)中無菌空氣凈化。例如：采用孔徑20μm的陶瓷過濾器可以進(jìn)行制藥、啤酒等釀造行業(yè)發(fā)酵用無菌空氣處理。

3、應(yīng)用于水質(zhì)污水處理

在工業(yè)分離過程中，如液一固分離、液一氣分離、氣一固分離、液一液分離、混合氣體分離等，均需大量性能優(yōu)秀的過濾材料。特別是隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，產(chǎn)生出大量氣體、液體及固體等形式的有毒工業(yè)廢料，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，嚴(yán)重影響人類的身心健康，同時(shí)也制約了工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

引用一下某凈水器廣告，污水問題不容忽視

解決水質(zhì)凈化問題、提高水處理效率，已成燃眉之急。多孔陶瓷因其材質(zhì)的原因較之有機(jī)材料有更好的吸附性及對生物的親和性，用作污水處理的濾料具有處理效率高等優(yōu)勢，但也有質(zhì)量大、可加工性差等缺點(diǎn)。性能優(yōu)越的多孔陶瓷往往也比較貴，因此多孔陶瓷用于廢水處理常用還需要開發(fā)廉價(jià)高效的污水處理載體濾料,提高材料的重復(fù)使用率等。盡管如此，被環(huán)保風(fēng)吹的一地雞毛的大環(huán)境下，多孔陶瓷還是迎來了機(jī)遇。

4、用于食品及藥品工業(yè)的的超過濾

陶瓷膜在食品工業(yè)中顯示出潛力的超過濾用途有：從酒中分離出石碳酸和丹寧酸(蹂酸)，澄清水果汁和醋，水的純化，以及牛奶的均勻化等。在不斷增長的生物技術(shù)工業(yè)中，疫苗和酶的濃縮以及病毒的清除，其應(yīng)用亦頗具意義。

陶瓷膜示例：碳化硅多通道陶瓷膜

碳化硅質(zhì)多通道陶瓷膜是經(jīng)特殊工藝制備而成的具有多孔結(jié)構(gòu)的精密陶瓷過濾材料，多孔支撐層、過渡層及微孔膜層呈非對稱分布，過濾精度涵蓋微濾 (0.05μm-1.5μm)、超濾(0.01μm -0.05μm)、納濾(<1nm)。主要材料有多孔陶瓷膜是以氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、碳化硅等。< span="">

陶瓷膜過濾是一種“錯(cuò)流過濾”形式的流體分離過程：在壓力驅(qū)動(dòng)下，原料液在膜管內(nèi)高速流動(dòng)，含小分子組分的澄清液向外透過膜，含大分子組分的濃縮液被膜截留，從而使流體達(dá)到分離、濃縮、純化的目的。

示例：無機(jī)陶瓷膜錯(cuò)流式液固分離裝置

二、用于吸聲降噪材料

吸聲材料泡沫陶瓷具有大量三維連通的網(wǎng)狀孔隙。聲波傳人多孔體內(nèi)部后 ，引起孔隙中的空氣產(chǎn)生振動(dòng)并與陶瓷筋絡(luò)發(fā)生摩擦。由于粘滯作用，聲波轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏模瑥亩_(dá)到吸收聲音的效果。

用于吸聲材料的多孔陶瓷，要求有較小的孔隙尺寸(20-150μm)、較高的孔率(60%以上)及較高的機(jī)械強(qiáng)度。由于多孔陶瓷優(yōu)良的耐火性和耐氣候性，因而可作為隔音降噪材料用于高層建筑、地鐵、隧道等防火要求極高的場合，以及電視發(fā)射中心、電影院等有較高隔音要求的場合，并取得了很好的效果。

示例：隔音材料可以避免隔壁影廳的聲音騷擾

三、用于催化劑載體

多相催化劑普遍使用以細(xì)分狀態(tài)存在的金屬，這些細(xì)微的金屬粒子通常可由多孔陶瓷作為催化劑載體來支撐。由于多孔陶瓷具有良好的吸附能力和活性，被覆蓋催化劑后，反應(yīng)流體通過多孔陶瓷孔道后，將大大提高轉(zhuǎn)換效率和反應(yīng)速度。

氧化鋁是催化劑載體最為常用的選擇，但在有些場合下也選用氧化鈦、氧化鋯、氧化硅和碳化硅等。在制備陶瓷催化劑載體時(shí)，可將陶瓷粉末擠壓成各種形狀，如圓筒形、苜蓿葉形或制成中空小球，然后燒結(jié)到其最終密度。

示例：氧化鋁催化劑載體

舉個(gè)例子：用泡沫陶瓷和蜂窩陶瓷被覆貴金屬或稀土金屬催化劑后，可用于汽車尾氣處理，使層氣中的CO、CmHn化合物轉(zhuǎn)化為CO2，并能使捕獲的炭粒在較低溫度下起燃，是凈化過濾器催化再生。

另外，泡沫陶瓷還可制作光觸媒載體。在泡沫陶瓷載體上涂覆納米級的二氧化鈦微粒，則在受到紫外線激發(fā)后具有強(qiáng)烈的光催化氧化降解特性，可催化降解有機(jī)物和微生物，從而使空氣得到凈化。

示例：光觸媒作用機(jī)理

四、用作敏感元件

各種氣敏化學(xué)傳感器的敏感機(jī)制，都依賴于氣體物質(zhì)在電極反應(yīng)區(qū)或敏感材料體內(nèi)達(dá)到平衡。為能快速地達(dá)到平衡，往往將電極或敏感材料制成具有發(fā)達(dá)的比表面積和氣體通道的多孔結(jié)構(gòu)。

孔隙結(jié)構(gòu)決定了氣體物質(zhì)在多孔材料中的傳輸速度，因而也決定了這些傳感器的性能。陶瓷傳感器具有耐高溫、耐腐蝕，且制造工藝簡單，測試靈敏、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可適于許多特殊場合。

舉例：氧化鋯傳感器

Zro氣體氧傳感器是一種廣泛用于燃燒過程控制、氣氛控制和氣體排放控制的化學(xué)傳感器，所以其電極常采用多孔結(jié)構(gòu)。

工作原理：陶瓷傳感器的濕敏和氣敏元件的工作原理是，將微孔陶瓷置于氣體或液體介質(zhì)中時(shí)，介質(zhì)中的某些成分被多孔體吸附或與之反應(yīng)，這時(shí)微孔陶瓷的電位或電流會(huì)發(fā)生變化，從而測知?dú)怏w或液體的成分。

相關(guān)閱讀：

多孔陶瓷的制備方法及應(yīng)用淺析

參考文獻(xiàn)

1、多孔材料引論/劉培生著.

2、多孔陶瓷材料在高溫氣體干法除塵中的應(yīng)用/傅曉娜著.

粉體圈 作者：小白