多孔陶瓷是一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的陶瓷材料。多孔陶瓷結(jié)合了陶瓷材料和泡沫結(jié)構(gòu)的特性，既具有低密度、輕質(zhì)量、高孔隙率和導(dǎo)熱系數(shù)小的特點(diǎn)，又具有耐高溫、耐腐蝕、機(jī)械性能高的特點(diǎn)。多孔陶瓷與致密陶瓷相比，具有低密度、輕質(zhì)量、高孔隙率的特點(diǎn)，因此，多孔陶瓷在流體過濾、吸附、提純等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用;與有機(jī)泡沫材料相比，多孔陶瓷有耐高溫、耐腐蝕、較好的阻燃性和導(dǎo)熱系數(shù)較低的特點(diǎn)，因此多孔陶瓷將逐漸取代有機(jī)泡沫類材料，在吸音、隔熱和保溫等工程應(yīng)用方面被大量采用。多孔陶瓷還可用作催化劑載體。由于多孔陶瓷具有高比表面積、高孔隙率、耐高溫、耐酸堿侵蝕、遇有機(jī)溶劑不發(fā)生反應(yīng)、不溶解、機(jī)械性能和硬度較高等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此利用多孔陶瓷作為催化載體可以保證催化反應(yīng)迅速、徹底，如汽車尾氣的無害化處理、有毒或污染性氣體和液體排放前的催化凈化等。此外，多孔陶瓷在生物材料方面的應(yīng)用也有著較好的前景。

目前多孔陶瓷的造孔方法有很多，包括添加造孔劑法、直接發(fā)泡法、有機(jī)泡沫浸漬法、冷凍凝膠法、冷凍干燥法、溶膠-凝膠法等。其中直接發(fā)泡法就是指將表面活性劑加入陶瓷漿料中，通過機(jī)械攪拌向陶瓷漿料中引入氣泡，降低漿體的表面張力，形成在一定時(shí)間內(nèi)具有穩(wěn)定性的泡沫陶瓷漿料，在泡沫消散之前，通過固化成型、干燥制得多孔陶瓷坯體，然后將坯體進(jìn)行燒結(jié)，就可以制得多孔陶瓷。表面活性劑是一種可以吸附在液體表面、或者堆積在兩相之間的界面上，通過改變界面的表面張力，使液體或漿體更容易起泡的物質(zhì)，因?yàn)楸砻婊钚詣┤苡谝后w后能夠降低液體的表面張力，有較好的起泡性能，因此也稱為發(fā)泡劑。當(dāng)氣泡產(chǎn)生后，溶液中的表面活性劑分子能夠快速地吸附在氣液界面上，定向排列，降低表面張力，同時(shí)表面活性劑的疏水基團(tuán)在范德華力和疏水作用下相互吸引，使表面活性劑分子吸附在氣液界面之間，形成緊密堆積的分子層，有利于提高界面的穩(wěn)定性，因此表面活性劑分子的加入可以起到穩(wěn)定泡沫的作用。

發(fā)泡劑摻量對(duì)多孔陶瓷材料性能的影響

圖1為固含量60%、SDS摻量分別為0.02%、0.04%、0.06%、0.08%、0.1%下所制備的多孔陶瓷坯體，經(jīng)過1190℃、保溫2 h燒結(jié)后的樣品性能。從圖中可以看出，多孔陶瓷樣品的體積密度和抗壓強(qiáng)度隨發(fā)泡劑摻量的增加而減小。當(dāng)SDS的摻入量由0.02%提高至0.1%時(shí)，樣品的密度由890.53降至361.0 kg/m3，抗壓強(qiáng)度由1.7下降至0.2 MPa。當(dāng)SDS溶于水并經(jīng)過高速攪拌后，SDS分子可以吸附到氣液界面上降低表面張力并產(chǎn)生大量的氣泡，這些氣泡會(huì)緊密堆積在一起，氣泡之間有液膜將其隔開，將氣泡引入到陶瓷漿料中后，陶瓷原料分散在氣泡液膜間，形成骨架支撐，干燥后陶瓷原料液相消失，固化形成含孔隙的多孔陶瓷坯體，引入的氣泡越多，多孔陶瓷的孔隙率越高，孔壁越薄，陶瓷骨架越細(xì);當(dāng)氣泡的引入量過多時(shí)，骨架易發(fā)生斷裂，此時(shí)多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度就會(huì)降低。

圖1不同發(fā)泡劑摻量下多孔陶瓷樣品的性能(a)體積密度和抗壓強(qiáng)度;(b)孔隙率

圖2不同SDS摻量(a:0.04%;b:0.08%;c:0.1%)的多孔陶瓷樣品的SEM照片

圖2是SDS摻量分別為0.04%、0.08%、0.1%的多孔陶瓷樣品的SEM照片。從圖可見，當(dāng)SDS摻量為0.04%和0.08%時(shí)，氣孔尺寸在100～200μm左右;當(dāng)SDS摻量為0.1%時(shí)，多孔陶瓷中既有100～200μm之間的孔，又有200～600μm之間的孔，氣孔尺寸分布較為寬泛。這是因?yàn)樘砑颖砻婊钚詣┧a(chǎn)生的泡沫狀態(tài)是熱力學(xué)非穩(wěn)態(tài)孔，同時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，表面活性劑的添加量越多，所產(chǎn)生的泡沫就相對(duì)越多。當(dāng)產(chǎn)生的氣泡過多時(shí)，表面活性劑在氣液界面的吸附能量相對(duì)較小，會(huì)導(dǎo)致吸附分子容易從界面脫附，進(jìn)而影響了泡沫的穩(wěn)定性，此時(shí)泡沫就會(huì)發(fā)生合并、粗化，甚至破裂的現(xiàn)象。當(dāng)SDS的加入量較少時(shí)，高速攪拌形成的氣泡量較少，陶瓷原料分散在泡沫之間，形成骨架支撐，阻礙了泡沫的合并與粗化。當(dāng)SDS的摻入量增大，高速攪拌所產(chǎn)生的泡沫增多，氣泡與氣泡之間緊密堆積，從能量角度來講，此時(shí)氣泡間更趨向于向低勢(shì)能方向發(fā)展，因此產(chǎn)生泡沫合并，泡沫的尺寸增大，進(jìn)而導(dǎo)致多孔陶瓷孔隙尺寸的變化。