中國粉體網訊 2022年11月，清華大學材料學院楊金龍課題組發(fā)現(xiàn)了控制泡沫陶瓷干燥與燒結過程收縮率的新方法，近日，該研究成果以“可3D打印的多功能超高氣孔率高強泡沫陶瓷材料”（3D Printable Ultra-Highly Porous and Mechanically StrongFoam Materials for Multiple Applications）為題發(fā)表在期刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）上。
作為一種具有三維網狀結構的新型多孔陶瓷材料，泡沫陶瓷具有容重低，氣孔率高，比表面積大，滲透性好，強度高，隔音和隔熱性能優(yōu)良，耐高溫和耐酸堿腐蝕能力強，熱傳導率低，抗熱震性能優(yōu)良，化學性能穩(wěn)定，對氣體壓力損失小，過濾吸附性好，電、磁、光學等性能優(yōu)良等諸多特性，因而被廣泛應用于冶金、化工、航空航天、汽車、電子、醫(yī)學等領域，可用作隔熱材料、絕緣防滲材料、隔熱隔音材料、特種填料、吸音材料、催化劑及催化劑載體、熔融金屬和熱氣過濾器、汽車尾氣凈化器、多孔介質燃燒器、分離膜、熱交換器、燃料電池的電極及隔膜、傳感器、熱敏電阻、多孔壓電陶瓷等，應用前景廣闊。
發(fā)泡工藝是一種傳統(tǒng)的泡沫陶瓷制備工藝，該方法通過機械發(fā)泡、注入氣流(CO2 )、利用化學反應(如金屬與酸堿的反應)產生氣體或溶解的低熔點溶劑(如氟利昂)的揮發(fā)等途徑，將氣相分散到陶瓷懸浮體中，經干燥和燒成來獲得多孔結構的泡沫陶瓷。該工藝較復雜，不易控制，在干燥與燒結過程中的收縮率非常大，例如采用傳統(tǒng)酸堿輔助發(fā)泡制得的泡沫陶瓷，線收縮率在35.5%。
楊金龍教授課題組利用醇類分子與氧化物表面基團的吸附作用，增強了發(fā)泡劑在顆粒表面的吸附量，通過發(fā)泡劑分子鏈的疏水聚集作用，將坯體的收縮率控制在了20%以下。該研究報道的醇類分子輔助發(fā)泡發(fā)制得的樣品，在相同溫度燒結后的收縮率為18.8%，并保持著94.4%的氣孔率。同時，該泡沫坯體在未燒結狀態(tài)下，可承受一定的壓力。燒結后，其抗壓強度達到1.32-1.69MPa。泡沫陶瓷的隔熱性能可達0.0635W/m•K。
泡沫陶瓷及其對比樣品的氣孔率及收縮率
同時，該體系的泡沫坯體可以用做3D打印直寫（DIW）技術，制備不同形狀的泡沫陶瓷材料。所制得的未經燒結的坯體可在水的環(huán)境下維持10天（或更長時間）氣孔結構不發(fā)生變化，亦可在乙醇的環(huán)境下維持3天（或更長時間）氣孔結構不發(fā)生變化。這說明該坯體可以被直接用做一些基體材料，如組織工程支架、多孔涂層、隔熱材料等，具有廣闊的工業(yè)化前景。
信息來源：
[1]清華大學
[2] 徐勇等.泡沫陶瓷制備工藝研究進展
（中國粉體網編輯整理/山川）
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