第01章--多孔材料概述-1

多孔材料标准蜂巢珊瑚珊瑚剖面示意图自然界中的多孔材料藕藕片自然界中的多孔材料红杉树木材自然界中的多孔材料蜂巢自然界中的多孔材料骨骼骨骼的显微照片自然界中的多孔材料多孔材料概述•动植物体中存在许多多孔或有孔结构，如树木、骨骼和一些巢穴，其优势：充分利用材料，集结构与功能于一体，同时具备最佳刚度、强度和重量；•人类师法自然，制备了一系列人工多孔材料。几类典型的多孔材料多孔陶瓷泡沫塑料多孔金属第一章综述1.1多孔材料的概念1.2多孔材料的类型•1.1多孔材料的概念•顾名思义，多孔材料是一类包含大量孔隙的固体材料，这种多孔固体材料主要由形成材料本身基本构架的连续相和形成空隙的流体相所组成，其中流体相又可随孔隙中所含介质的不同而出现两种情况，即介质为气体时的气相和介质为液体时的液相。•那么，是否含有孔隙的材料就能称为多孔材料呢?•回答是否定的，比如在材料使用过程中经常遇到的孔洞、裂隙等以缺陷形式存在的孔隙，它们的出现会降低材料的使用性能，这是设计者所不希望的，因而这些材料就不能叫做多孔材料。•所谓多孔材料，须具备如下两个要素：•一是材料中包含有大量的孔隙；•二是所含孔隙被用来满足某种或某些设计要求以达到所期待的使用性能指标。•可见，多孔材料中的孔隙是设计者和使用者所希望出现的功能相，它们为材料的性能提供优化作用。1.2多孔材料的类型•1.2.1按照孔隙率大小分类•多孔材料的相对孔隙含量(即孔率，又称孔隙率或孔隙度)是变化的。根据孔隙率的大小可将其分为中低孔隙率材料和高孔隙率材料，前者的孔隙多为封闭型，其中孔隙的行为类似于致密材料中的夹杂相；•后者则随孔隙形态和连续固体形态而呈现出三种形式(见图1.1)。•第一种形式为连续固体作多边形二维排列，其中孔隙相应地呈柱状分割的存在，类似于蜜蜂的六边形巢穴，因而可将这种多孔材料称为“蜂窝材料”。图1.1－a蜂窝材料•第二种形式是连续固体呈三维网状结构，形成的孔隙相互连通，这种三维多孔材料被称为“开孔泡沫材料”；图1.1-b泡沫无机材料•第三种形式为连续固体呈多面体壁面结构，从而分隔出一个个封闭的孔隙，这种多孔材料称为“闭孔泡沫材料”。•当然，还有介于开孔泡沫材料和闭孔泡沫材料两种形态之间的“半开孔泡沫材料”。图1.1-c闭孔泡沫陶瓷1.2.2按照孔隙尺寸分类根据孔隙尺寸的大小，可以对多孔材料进行以下分类：孔隙直径小于2nm的为微孔材料；孔隙尺寸在2-50nm之间的为介孔材料；孔隙在50nm以上的为宏孔材料。然而这种分类方式并未得到广泛采用，因为使用多孔材料的规则是多种多样的。介孔材料有序介孔碳CMK3SBA-15介孔分子筛宏孔材料1.2.3按照获取分类按照获取方式的不同，多孔材料又可分为天然多孔体和人造多孔体两种。天然多孔材料的存在是十分普遍的，例如动物和人类用来支撑躯体的骨骼，沸石、天然的分子筛等。人造的多孔体可分为多孔陶瓷、多孔炭、多孔膜、气凝胶、合成分子筛等，？？？？。人体骨骼毛竹炭化木材1.2.4按照材质分类按材质的不同，多孔材料主要分以下几类：①高硅质硅酸盐材料具有耐水性、耐酸性，使用温度达700℃；②铝硅酸盐，具有耐酸性和耐弱碱性，使用温度达1000℃；③刚玉和金刚砂材料，以电熔刚玉和碳化硅颗粒为骨料，具有耐强酸、耐高温特性，使用温度可达1600℃;④堇青石、钛酸铝材料，其特点是热膨联系数小，因而广泛用于热冲击环境；⑤精陶质材料以多种粘土熟料颗粒等混合烧结，得到微孔陶瓷材料；⑥硅藻土质材料主要以精选硅藻土为原料，加粘土烧结而成，用于精滤水和酸性介质；⑦炭质材料以低灰分煤或石油沥青焦颗粒为原料，或加入部分石墨，用稀焦油粘结烧制而成，用于耐水、冷热强酸、冷热强碱介质以及空气的消毒和过滤等；⑧塑料泡沫⑨多孔金属⑩复合材质思考题•1什么是多孔材料，它必须具备哪些要素？•2简述多孔材料的分类方法，详述按照孔隙尺寸如何划分多孔材料？