吉林建筑大学 吉林省长春市 130117
摘要：氧化铝多孔陶瓷内部具有彼此相通或闭合的微孔或空洞，孔隙率较高，对液体和气体介质具有一定的选择透过性。由于氧化铝多孔陶瓷具有较低的热导率和固有的耐高温，耐腐蚀性质，亦可被用作炉门砖等耐高温场所。本文对多孔材料及氧化铝陶瓷的研究进展及应用进行了介绍。
关键词：氧化铝；多孔陶瓷；研究；性能
1引言
随着我国工业技术和国民经济的迅猛发展，人口数量的不断增加，环境问题也日益突出。大量的生活、生产废水的排放如印钞废水、活性染料印染废水、碱性废水、酸性废水、油田废水、乳化油废水、制药废水、食品废水等，对土壤、地表水、地下水等环境体系造成了严重的污染。据统计，2001年全国废水排放总量达428亿吨，其中工业废水排放量201亿吨，占废水排放总量的46.8%；生活污水排放量228亿吨，占废水排放总量的53.2%。据环境部门监测，全国城镇至少有万吨污水未经处理直接排入水体，使干净水遭到污染。我国七大水系普遍受到污染。全国1/3的水体不适宜鱼类生存，1/4的水体不适宜灌溉，90%的城市水域污染严重，50%的城镇水源不符合饮用水标准，40%的水源已不能饮用。南方城市总缺水量60%-70%是由于水污染造成的。
多孔陶瓷是一种经高温烧成，体内具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料，它主要以气孔为主相。与传统致密材料相比，多孔陶瓷材料表现出优异的性能。例如，较低的热导率、较高的比表面积、较好的抗热震、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损及热稳定性等。近年来，多孔陶瓷材料常作为吸声减震、气体液体过滤、隔热保温、催化剂载体、化学传感器、生物陶瓷元件广泛应用于建筑、环保、冶金、机械、医学、电化学、石油化工、交通运输、航空航天等领域[1]。
2多孔陶瓷指标
（1）线收缩率
多孔陶瓷的线收缩率又被称为烧结收缩率，主要是来表征样品原始尺寸与烧结后样品的尺寸之差的百分比，是衡量多孔陶瓷烧结前后变化的重要指标。
（2）气孔率
气孔率又被称作空隙率，主要是用来衡量样品的多孔性和致密程度，样品中孔体积占总体积的比例代表该样品的气孔率。而多孔陶瓷样品的气孔率可分为总气孔率、显气孔率和闭口气孔率。通常，采用阿基米德排液法和几何法来测得样品的体积密度，然后计算可得气孔率。气孔率的大小关系着多孔陶瓷的性能，例如强度，抗热震性能以及热导率等等。
（3）比表面积
比表面积是指材料单位质量所有的表面积，由于多孔陶瓷材料可用于吸附以及载体等方面。因此，需要其具有较高的比表面积。样品的比表面积可以通过动态法来测量，将一定比例的吸附质（一般指氮气）的混合气体通过样品，依据吸附前后的氮气浓度的变化来计算样品对氮气的吸附量，然后借助 BET吸附理论确定待测样品的比表面积。
（4）抗压强度
抗压强度是指外力施加时，样品所能承受的的强度极限，对于多孔陶瓷来讲，其抗压强度是限制多孔陶瓷应用的一项非常重要的指标。因为抗压强度主要与样品的气孔率和孔结构有关，一般情况下，多孔陶瓷样品的气孔率越大，则样品的抗压强度就相应的比较低。通常用 Rice模型来预测多孔陶瓷样品的抗压强度。
3氧化铝多孔材料
3.1氧化铝多孔陶瓷的研究现状
氧化铝多孔陶瓷内部具有彼此相通或闭合的微孔或空洞，孔隙率较高，对液体和气体介质具有一定的选择透过性，可被用来制作过滤器类产品。此外，由于氧化铝多孔陶瓷具有较低的热导率和固有的耐高温，耐腐蚀性质，可被用作炉门砖等耐高温场所。多孔氧化铝陶瓷优良的性能和简单的制备方法，吸引着研究人员的关注。
1978年，Mollard FR率先利用氧化铝类的陶瓷浆料制备出了多孔陶瓷，并用其进行熔融金属液体的过滤。
随着多孔陶瓷的快速发展，以美英为首的欧美国家加大了研发力度，优化了制备方法，使得其制备工艺由最初的手工作坊式逐渐向机器化和自动化转变。而我国于20世纪80年代才开始对多孔陶瓷的研究。1996年，我国的第一条多孔陶瓷生产线在深圳建成，该生产线采用独创的配方和先进的生产工艺，生产出来的产品性能及主要技术指标均达到国际同类产品的先进水平[2]。2006年福州大学以氧化铝粉和莫来石为原料制备了用于铝熔体过滤的“第二代”具有良好抗冲刷能力的多孔陶瓷过滤器。2019年，刘静静等人首次报道了以碳化稻壳为成孔剂和硅源制备细长莫来石增强多孔氧化铝陶瓷的简便方法。采用25 wt%碳化稻壳制备了孔隙率为74.3%的高性能氧化铝多孔陶瓷，其导热系数相对较低，为0.189W/（m•K），超高抗压强度为45MPa，其综合性能远优于现有陶瓷材料。目前，我国制备的氧化铝多孔陶瓷的性能仍然需要进行优化。
由于氧化铝多孔陶瓷优异的性能和广阔的应用前景，是目前的一个研究热点，但有些问题还待解决：1.研发改善氧化铝多孔陶瓷的制备工艺，降低生产成本。2.处理好强度和孔率之间的兰系。保持氧化铝多孔陶瓷原有的气孔率不变，提高其材料的强度；或是在提高气孔率的同时，也提高了材料的强度。3.能够较为准确地控制材料的孔径大小。
3.2氧化铝多孔材料的应用
（1）催化剂载体材料
多孔氧化铝陶瓷具有优异的耐热性、高硬度和优异的化学稳定性，是理想的催化剂载体，利用催化燃烧法将有机废气转化为无毒的二氧化碳和水。
（2）传感器材料
多孔氧化铝陶瓷可被用作湿度传感器，其工作原理是空气中的水被吸附到多孔的表面上，引起了材料的电导的变化，即空气湿度越大，多孔氧化铝陶瓷吸附的水层越厚，则传感器的电导越大，因此可以根据材料电导的大小来推断周围环境的湿度[3]。
（3）微孔膜材料
多孔氧化铝陶瓷特别适合制成陶瓷分离膜。采用不同的制备工艺，可以制备孔径尺寸从4nm-15μm的不同孔径的分离膜。与高分子膜相比，陶瓷分离膜耐高温、强度高，可适用高压体系；耐腐蚀，对于堆积在膜表面或微孔内的有机物，可采用酸洗或高温烧失处理。多孔氧化铝陶瓷分离膜在高温烟气分离、各类油与水的分离、各类研磨油的再生、污水处理、排放液中有用物质的回收、超纯水的制备等方面有着广阔的应用前景。
（4）电池隔膜材料
多孔氧化铝陶瓷可以用作电解液隔膜及电池用隔离板等。利用多孔氧化铝陶瓷与液体和气体接触面积大，槽电压比一般材料低的特点，制作的电解隔膜材料可大大降低电解槽电压，提高电解效率，节约电能和电极材料，其形状多为板状和管状，目前在化学电池、燃料电池和光化学电池中均有应用。
结语
随着我国工业技术和国民经济的发展，环境问题日益突出。氧化铝多孔陶瓷对液体和气体介质都具有一定的选择透过性，由于其优异的性能，今后必然会具有更加广阔的未来。
参考文献：
[1]胡淑娟，Faizan Haseeb ASLAM，Md Eddris ALI，Bisrat Kidane GEBREMESKEL，张跃.水热法制备氧化铝多孔陶瓷材料[J].中国陶瓷工业，2019，26（04）：1-4.
[2]孙福.我国首条泡沫陶瓷生产线[J].建材工业信息，1996（9）：25-27.
[3]王伟，韩京增，王文杰.多孔陶瓷的研究及应用现状[A].山东金属学会.鲁冀晋琼粤川辽七省金属（冶金）学会第十九届矿山学术交流会论文集（管理及综合卷）[C].山东金属学会：河北省冶金学会，2012：7.