多孔陶瓷是一種富含氣孔的陶瓷基復合材料，除了具有陶瓷材料本身的耐高溫、耐腐蝕和不老化等性能外，還具有其它致密材料不具備的優異特性，如輕質、吸聲、隔熱、吸收能量、高比表面積等。這些性能使得多孔陶瓷可以在過濾凈化、催化劑附載、吸聲、減震、防火和保溫等方面具有良好的應用。就其隔熱保溫性能而言，由于陶瓷本身的熱導率較低，多孔結構內充斥的氣體又極大地增強了材料的隔熱性能，使得多孔陶瓷可以作為高溫絕熱材料被應用于建筑、航天、倉儲、機械等領域，在各種建筑物、發動機、冰箱、工業窯爐等工程應用極為適用，是重要的保溫、隔熱、保冷功能材料。因此對多孔陶瓷隔熱材料的研究有著極重要的現實意義。

▲多孔陶瓷材料

隔熱材料按照其針對用途區分，可以分為高溫隔熱和低溫隔熱兩類。高溫隔熱是為了阻止物體內部的熱量向外擴散，提高熱能利用率，或者保持物體或容器的溫度不降低；低溫隔熱材料是為了阻止外界的熱量傳入，從而防止物體內部溫度升高。多孔陶瓷具有較高的熔點，通常作為高溫隔熱材料，目前，1600℃的傳統氣爐和高溫電爐中已廣泛使用多孔陶瓷作為隔熱材料；在神州系列飛船，長征系列火箭中，多孔陶瓷與金屬隔熱材料等組成的多層隔熱材料得到了很好的應用；航天飛機的隔熱外殼是由抽成真空的多孔陶瓷組成的，真空多孔陶瓷是目前世界最好的隔熱材料。下面小編將對重要的多孔隔熱陶瓷材料及其應用領域做簡單的介紹。

一、纖維多孔陶瓷

陶瓷纖維是一種集傳統絕熱材料、耐火材料優良性能于一體的纖維狀輕質耐火材料，主要化學成分為硅酸鋁，結構具有氣孔率高，氣孔孔徑大及比表面積大等特點。陶瓷纖維產品的內部組織結構是一種由陶瓷纖維與空氣組成的多孔結構，顯微結構特點是固相和氣相都以連續相的形式存在，固態物質以纖維狀存在，并構成連續相骨架，而氣相則連續存在于纖維材料的骨架間隙之中。正是由于陶瓷纖維具有這種結構，使其氣孔率較高、氣孔孔徑和比表面積較大，從而使陶瓷纖維具有優良的隔熱性能和較小的體積密度。

▲莫來石纖維多孔材料纖維架狀結構孔洞的SEM照片

陶瓷纖維隔熱材料由于具有密度低、熱導率低以及熱容量高等優點，一直是導彈以及航天飛行器熱防護系統隔熱的首選材料，例如高速飛行航天器外表面隔熱用的隔熱瓦便是其中一種。

二、大顆粒燒結陶瓷

隨著現代工業的發展，陶瓷產業和冶金產業產生的礦渣和陶瓷廢料越來越多，有研究人員以拋光廢渣、高溫砂、低溫沙、粘土為原料制備了具有保溫隔熱功能的環保型多孔陶瓷材料，實現了真正意義上的變廢為寶。這種方法制備出來的多孔陶瓷，其隔熱性能及強度不如其它的陶瓷，但是其工藝簡單，原料豐富且價格低廉，還能將一些工業廢料進行環境友好的處理。

▲用拋光渣、湖南石粉、b5砂及中級球土制備的環保型多孔陶瓷材料

由于天然資源的快速消耗，人們也在努力的把廢棄物轉化的原料應用到工業生產中，比如利用石英沙等制備非粘土空心磚，既可以達到節約原料的目的，又可以節能減排。目前歐美70~80%的墻體的材料都變成了多孔磚，應用多孔隔熱材料可以使房屋達到冬暖夏涼的效果，在很大的程度上可以減少暖氣和空調等電器的使用，間接地節約了能源。

三、多孔熱障陶瓷涂層

熱障陶瓷涂層是當下用于飛機發動的最有效的隔熱材料，技術最成熟的是氧化釔穩定氧化鋯涂層（PYSZ）TBCs，熱障涂層已經廣泛應用于航天器和渦輪的熱端部件，通過降低金屬基體的溫度來保護熱端部件。為了進一步的提高熱障涂層的隔熱性能，人們又通過把熱障涂層制備成多孔形態。有研究人員研究了溫度以及孔隙率對導熱系數的影響，確認引入孔隙能夠提高熱障涂層的隔熱性能。

▲激光工藝下制備的熱障涂層（a）表觀形貌 （b）SEM形貌

四、復合隔熱陶瓷

多孔陶瓷隔熱材料主要用于高溫隔熱場合，但隔熱效果由于受到生產工藝的限制還難以進一步的提高，很難同時滿足各項要求，因此研究者通過制備陶瓷基復合材料來彌補這些不足，如陶瓷氣凝膠高效隔熱復合材料，高溫多層隔熱陶瓷復合材料等。

1、陶瓷氣凝膠高效隔熱復合材料

在氣凝膠中適當的添加陶瓷纖維形成的復合材料。氣凝膠是一種以納米量級膠體粒子相互聚集構成納米多孔網絡結構，并在孔隙中充滿氣態分散介質的一種高分散固態材料。氣凝膠是目前隔熱效果最好的隔熱材料，輕質多孔耐高溫氧化物氣凝膠作為隔熱材料對航空航天事業發展意義重大，現已被應用于航天器艙體隔熱、航空發動機熱防護、太空車燃料儲罐保冷和太空生命起源探索等方向。

SiO?氣凝膠是目前研究最廣泛、隔熱應用最為成熟的氣凝膠種類，但目前急需需要解決氣凝膠自身內部顆粒之間弱鏈接造成的陶瓷脆性問題。鑒于此，力學增

強一直是SiO?氣凝膠隔熱材料研究的重點方向，纖維復合增強是最為有效且常見的增強方法，通常將不同種類、不同直徑的長、短纖維引入溶膠-凝膠制備工藝獲得SiO?氣凝膠復合材料。近年來，隔熱用纖維增強SiO?氣凝膠復合材料在強化和改善纖維與SiO?氣凝膠基體之間的相界面結合和利用特定功能纖維來滿足SiO?氣凝膠材料的柔性、高強度、低熱導和耐高溫等指標要求兩方面已取得重要進展。

▲連續纖維增強SiO?氣凝膠復合材料形貌

2、高溫多層隔熱陶瓷復合材料

由高溫的夾層多孔陶瓷材料組合而成，金屬隔熱材料一般以層狀形式存在。在高溫下熱輻射是傳熱的主要的方式，因此采用若干層具有較高反射率的熱不透明金屬箔作為隔熱屏，以高溫無機纖維紙作為間隔物，交替疊鋪而成復合隔熱材料，金屬箔反射熱輻射，間隔物用以阻滯熱傳導，從而降低陶瓷纖維隔熱材料高溫輻射傳熱，提高隔熱效果。這種多層復合隔熱陶瓷材料是一種極為有效的高溫隔熱材料，可用作載人飛船座艙的隔熱，并在長征系列運載火箭和遠程導彈的局部區域得到了應用。

小結

多孔陶瓷具有優異的隔熱性能，較高的溫度承受能力，在高溫隔熱領域具有無可比擬的優勢，尤其在環境惡劣、對質量有苛刻要求的航空航天熱防護領域，因此多孔陶瓷用作隔熱材料具有非常良好的發展前景。目前，研究人員已開發了多種多孔陶瓷隔熱材料并在生產實踐中投入使用，但對多孔隔熱材料的開發仍存在著一些局限性和不足，如對材料的各種導熱過程的機理、控制條件并沒有完全掌握，對多孔陶瓷隔熱性能的控制因素也還不能夠徹底掌控等，因此制約了多孔陶瓷更廣泛的應用。未來相關研究人員應該更進一步探索多孔材料的導熱機理，將多孔材料的制備工業化、產業化才是多孔陶瓷的發展方向。

來源參考：

1、多孔隔熱陶瓷的研究進展，楊春艷，盧淼，劉培生（陶瓷學報）；

2、氣凝膠隔熱材料制備及航天熱防護應用研究進展，柳鳳琦，王魯凱，門靜，劉蘭芳，彭飛，馮軍宗，姜勇剛，李良軍，馮堅（宇航材料工藝）。

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