超高孔隙率陶瓷是通過(guò)凍干法獲得的。而獲得凍干的超高孔隙率陶瓷的主要在配方和凍干工藝處理。
料液配方需平衡固相含量、分散性與粘結(jié)強(qiáng)度，核心組分與配比如下：
基礎(chǔ)原料與固相含量
陶瓷粉末：選擇高比表面積納米粉體（如Al?O?、ZrO?、SiC），粒徑≤1μm，占比30-50vol%，確保漿料流動(dòng)性。
固相含量控制：固相含量越低（如20-30vol%），孔隙率越高（可達(dá)95%），但需添加粘結(jié)劑增強(qiáng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
功能添加劑
粘結(jié)劑：羥丙基甲基纖維素（HPMC）或聚乙烯醇（PVA），占比0.5-1.5%，提升坯體強(qiáng)度，防止干燥開(kāi)裂。
分散劑：聚丙烯酸銨（NH?PAA）或四甲基氫氧化銨（TMAH），占比0.6-0.8%，防止顆粒團(tuán)聚，優(yōu)化漿料均勻性。
造孔劑（可選）：添加可分解聚合物微球（如聚苯乙烯），占比5-10%，進(jìn)一步擴(kuò)大孔隙率至98%。
漿料制備工藝
球磨混合：以200-1000r/min研磨20-60分鐘，確保漿料均勻無(wú)團(tuán)聚。
脫氣處理：真空脫氣（-0.095MPa）去除氣泡，避免凍干后孔結(jié)構(gòu)缺陷。
超高孔隙率陶瓷的凍干工藝需通過(guò)低溫凍結(jié)與真空升華的協(xié)同作用，結(jié)合冰晶模板法實(shí)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控。以下為關(guān)鍵設(shè)計(jì)要素：
溶劑選擇與冰晶控制
水系溶劑（如水）：形成薄片狀孔隙結(jié)構(gòu)，適用于低孔隙率需求（70-85%）。冰晶生長(zhǎng)方向平行于溫度梯度，可通過(guò)降低冷凍溫度（如-40℃至-80℃）減小冰晶尺寸，提升孔隙均勻性。
非水系溶劑（如莰烯）：形成樹(shù)枝狀連通孔隙，孔隙率可超90%。需在溶劑熔點(diǎn)以上（莰烯熔點(diǎn)約50℃）制備漿料，并通過(guò)梯度冷凍（如-20℃至-50℃）調(diào)控冰晶交聯(lián)度，形成三維貫通孔道。
復(fù)合溶劑體系：混合水與有機(jī)溶劑（如乙二醇），平衡環(huán)保性與孔隙結(jié)構(gòu)，適用于孔隙率80-95%的需求。
冷凍與升華參數(shù)優(yōu)化
冷凍速率：快速冷凍（速率≥50℃/min）促進(jìn)細(xì)小冰晶生成，孔隙直徑可控制在1-50μm；慢速冷凍（≤5℃/min）形成大尺寸孔隙（50-200μm），但孔隙率降低。
真空度與溫度梯度：升華階段真空度≤10Pa，擱板溫度逐步升高（如-30℃→+30℃），避免塌陷。結(jié)合振動(dòng)輔助（2-10Hz）加速冰晶升華，減少干燥時(shí)間30%以上。
后處理工藝
燒結(jié)參數(shù)：燒結(jié)溫度1400-1600℃，保溫時(shí)間2-4小時(shí)，確保孔壁致密化與強(qiáng)度提升。低溫?zé)Y(jié)（1400℃）保留高孔隙率（＞90%），高溫?zé)Y(jié)（1600℃）增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度（＞20MPa）。
