阿拉腾沙嘎，陈冠宏，陈 星

(吉林建筑大学材料科学与工程学院，长春 130117)

0 引 言

生物材料经过数亿年的进化，形成了与环境和功能需求相适应的精细结构，表现出传统人工合成材料无法比拟的优异性能。因此，仿生材料的设计和制备已成为化学、材料、机械、力学和医学领域共同关注的热点。目前发展的冷冻铸造法(即冰模板法)是制备仿生材料的一种有效方法，其作为一种相对简单且经济的技术已受到广泛的关注。一般通过冷冻铸造陶瓷浆料而得到精细的多孔陶瓷材料，进一步向该多孔陶瓷材料填充第二相(树脂或金属)获得仿生结构陶瓷基复合材料[1-7]。冷冻铸造法的主要优点为易于控制多孔材料的孔结构[8]，并且可获得较高的孔隙率[9-12]。因此采用该方法获得的多孔陶瓷比表面积大且渗透性好，可用作骨替代材料、多孔压电材料、固体氧化物燃料电池(SOFC)和高温过滤器等[13-16]。

1 冷冻铸造法

冷冻铸造法制备多孔陶瓷的过程示意图如图1所示[17-18]，利用该技术可将均匀分散的陶瓷浆料经定向凝固、冷冻干燥和煅烧后获得多孔层状陶瓷[19-20]。此过程包括浆料的配制、定向凝固、冷冻干燥和坯体的煅烧。浆料的配制是将微纳米级的陶瓷粉加入到溶剂介质中，考虑到环境友好性和性价比，通常采用水作为溶剂介质和冷冻介质，同时加入一定含量的分散剂和粘结剂等添加剂，配制成具有一定稳定性的浆料(图1(a));然后将浆料倒入具有温度梯度的模具中，使浆料定向凝固，在固化过程中由于存在温度梯度，冰晶将以片层形式生长，因此陶瓷颗粒被冰晶前沿推入两侧并滞留在冷冻介质中(图1(b))；……