袁 绮，谭 划,3，杨廷旺，陆文龙，臧佳栋，李浩宇， 鄢文超，张升伟，卢 亚，张海波,3

(1.华中科技大学材料科学与工程学院，材料成形与模具技术国家重点实验室，武汉 430074； 2.广东华中科技大学工业技术研究院，东莞 523808；3.华中科技大学温州先进制造技术研究院,温州 325003； 4.深圳市基克纳科技有限公司，深圳 518102)

0 引 言

多孔陶瓷材料正被广泛应用于环境工程、生物工程等多个领域，如过滤器和人工关节等。与聚合物、金属等材料相比，陶瓷材料具有许多优良特性，如高硬度、化学惰性、抗热震性、耐腐蚀、耐磨及低密度。为了满足特殊应用(如高孔隙率和高强度、大孔径和抗热震性等性能协同提高)的要求，多孔陶瓷的制备工艺一直广受关注。多孔陶瓷的孔径结构参数，如孔隙大小、形状、分布和连通性等，都对多孔陶瓷材料功能有重要影响。例如，多孔陶瓷中的孔隙可以在高温下使材料绝缘，在过滤器中捕获杂质，或促进生物支架中的组织生长。因此，多孔陶瓷可以通过改性和优化加工技术设计孔隙结构来获得特定性能。

多孔陶瓷的孔径是影响多孔陶瓷性能和应用的重要参数，根据孔径d的不同，IUPAC(国际纯粹与应用化学联合会)将多孔材料分为3个等级:大孔(d>50 nm)、中孔(50 nm>d>2 nm)和微孔(d<2 nm)。表1所示为多孔陶瓷按孔径大小划分的制造工艺和典型应用。多孔材料最具代表性的应用是过滤流体中的物质，过滤根据孔径d和物质的分子量截止量(MWCO)大致分为几个等级：过滤(一般d>10 pm)、微滤(10 μm>d>100 nm)、超滤(100 nm>d>1 nm, MWCO为103～106)、纳滤(d≈1～2 nm, MWCO为200～1 000)和反渗透(d<1 nm, MWCO约为100)。当孔径较大时，主要是通过筛分效应来实现过滤，即粒径大于孔径的物质会被捕获。在超滤、纳滤和反渗透中应用的陶瓷孔隙较小，流体渗透性取决于溶质和溶剂与多孔材料间的亲和力，如安装在柴油发动机中的陶瓷过滤器，即柴油微粒过滤器(DPF)，其燃烧效率高且二氧化碳排放量低，有很好的发展前景；又如陶瓷水净化过滤器，能有效过滤废水中的大肠杆菌和悬浮物，且孔径分布窄，耐久性好，损伤耐受性高。其次，多孔陶瓷因其稳定的化学性质和多孔结构常被用作生物反应器材料和多孔电极材料。如气体净化器等的电化学装置、气体传感器、燃料电池和化学分析仪等，都需要两极分化的孔径分布，其中小孔作为电化学反应的载体，而大孔用于传输物质。多孔陶瓷还被广泛应用于各个工业领域的窑、炉及热交换机等[1]。

表1 多孔材料的孔径分类及相应的制造工艺和典型应用[1]Table 1 Classification of porous materials by pore size and corresponding fabrication processes and typical applications[1]

制备多孔陶瓷的代表性工艺有：(1)部分烧结法；(2)牺牲模板法；(3)复制模板法；(4)直接发泡法；(5)3D打印法。图1为上述5种多孔陶瓷制备工艺原理图。本文旨在介绍上……