张海鸿, 王启, 王金海, 于方丽, 唐健江, 张阔, 赵志刚

(西安航空学院 材料工程学院, 陕西 西安 710077)

多孔莫来石是经过高温烧结后获得的以莫来石为主要物相的低密度三维孔隙结构陶瓷。多孔莫来石具有莫来石所特有的抗热震性好、热膨胀系数适中、耐化学腐蚀性能较好等特点[1-3],同时还兼具多孔结构的特性,一方面通过内部的气孔散射对热传导起主要作用的格波,从而进一步降低莫来石的热导率[4],另一方面还可以利用其通透性,用作镶嵌或过滤第二相材料。因此多孔莫来石在高温隔热、过滤、催化剂载体、离子交换等领域都得到了广泛的研究和应用,这些应用领域一般要求多孔莫来石的开气孔率或比表面积较高(例如开气孔率根据应用领域要求40%～95%),且有一定的支撑强度(抗压强度3 MPa以上且越高越好)[3,5]。

多孔莫来石的制备方法众多,根据气孔的成型方式可分为:发泡法、造孔剂法、复制模板法、冷冻干燥法、颗粒堆积法、3D打印法等[4,6],各方法的原理及优缺点。这些方法制得的多孔莫来石,其陶瓷骨架大多由烧结的等轴状颗粒组成[7],不利于阻碍裂纹扩展,在高气孔率条件下很难避免强度的大幅下降,较难得到兼具高气孔率和高强度的理想多孔材料[8-9]。如文献报道,该系多孔陶瓷气孔率达到80%以上后,抗压强度均小于10 MPa[2,10-12]。

框架结构多孔陶瓷[13],利用高强度的晶须或纤维等长棒状材料搭接成多孔陶瓷骨架,既可以借由棒状体的多维度交叉形成互锁结构,大幅提高强度,又可通过棒状体间的空隙得到大量均匀开气孔,因此其强度和气孔率都比传统烧结颗粒堆积而成的多孔材料高,因而受到越来越多的关注,成为多孔陶瓷领域的一个研究热点[13-14]。……