中國粉體網訊 陶瓷基隔熱材料是一種功能材料，多用于高溫窯爐及熱工設備。通常具有質輕、疏松、多孔、導熱系數低等特點。因其保溫、隔熱、隔聲、防火等性能，也被應用于工業(yè)、農業(yè)、國防、宇航等領域。
陶瓷隔熱材料的導熱方式
隔熱材料是由氣相、固相組成的兩相介質，熱量傳遞形式主要是傳導、對流和輻射。良好的隔熱材料既滿足隔熱性能還可滿足環(huán)境條件。
熱傳導
隔熱材料熱傳導包括固相熱傳導和氣相熱傳導。固體顆粒產生固相熱傳導；氣孔中的分子熱運動產生氣相熱傳導。常壓下，氣相熱傳導對隔熱性能影響要大于固相熱傳導，真空條件下差異會更加明顯。
熱對流
熱量隨介質流動傳遞�？煞譃閺娖葘α骱妥杂蓪α�。外部原因造成的對流稱為強迫對流；介質溫度變化引起密度不同造成的對流稱為自由對流。
熱輻射
物體輻射被另一物體部分吸收，其余部分可能被反射、透過。隨溫度升高，輻射傳熱加強。同時氣孔及空隙的增多也會使輻射傳熱量增大。
材料微觀導熱受到許多因素影響。物質導熱載體共有四種，：分子、聲子、光子和電子。因隔熱材料為無機非金屬材料，可忽略電子導熱，微觀導熱主要有分子、聲子及光子導熱。
分子導熱
氣體熱量傳導通過分子、原子實現。導熱是氣體分子不規(guī)則熱運動相互碰撞的結果。溫度越高分子動能越大，分子相互碰撞使熱量從高溫傳到低溫。
聲子導熱
固體中原子運動自由度有限，僅能在固定位置振動，振幅大小取決于各原子能量。當存在溫差時，振動劇烈程度不同，從而發(fā)生相互作用實現能量傳遞，這種機理叫聲子導熱。影響聲子導熱主要因素是聲子的平均自由程。
光子導熱
固體中質點振動、轉動等輻射出頻率較高的電磁波。當存在溫差時，通過這種電磁波的作用就使部分熱能從高溫處傳到低溫處，這種導熱機理即為光子導熱。光子導熱的影響程度主要決定于光子的平均自由程。
幾種陶瓷隔熱材料
多孔陶瓷隔熱材料
多孔陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕等性能。此外，還有隔熱、吸聲、比表面積大等特點。多孔陶瓷的熱導率較低，孔腔內充斥的氣體可提高多孔陶瓷隔熱性能。
典型多孔陶瓷制備工藝：添加造孔劑工藝、發(fā)泡工藝、有機泡沫浸漬工藝，溶膠-凝膠工藝，還有制備纖維多孔陶瓷的加壓排液工藝和真空抽濾工藝。
添加造孔劑工藝
在配料中添加造孔劑可制備多孔陶瓷隔熱材料。燒結可使坯體造孔劑揮發(fā)，從而在基體材料中留下孔隙。該工藝優(yōu)點是可依據造孔劑本身結構特點制得各形狀、結構的多孔陶瓷，且可調節(jié)材料氣孔率。但該工藝存在造孔劑分散困難、氣孔分布均勻性差、不能制備大孔隙率多孔陶瓷等缺點。
發(fā)泡工藝
發(fā)泡法制備多孔陶瓷隔熱材料，較容易控制多孔陶瓷最終的形狀、成分和密度。該工藝以碳化鈣、氫氧化鈣、雙氧水等為發(fā)泡劑與陶瓷原料相混合。升溫發(fā)泡劑分解，從而獲得一定尺寸、形狀的多孔陶瓷。但是該方法對原料要求較高；不能與發(fā)泡劑反應；具有一定的流動性。
有機泡沫浸漬工藝
有機泡沫浸漬工藝以有機泡沫材料為前驅體，浸漬漿料后經高溫燒結制成多孔陶瓷隔熱材料。坯體干燥燒結時有機泡沫氧化分解，氣化后留下孔隙，從而制得多孔陶瓷隔熱材料。該工藝適合制備較高氣孔率、氣孔較大的多孔陶瓷，但是不能有效控制氣孔大小、制品形狀和密度。
溶膠凝膠工藝
溶膠凝膠工藝利用金屬醇鹽水解反應、高分子縮聚反應或無機鹽的水解反應形成溶膠，在凝膠化過程中，膠粒形成網狀結構，干燥燒結得納米級孔隙多孔陶瓷。該工藝制備的陶瓷隔熱材料具有粒子細小、工藝簡單、能實現多組分均勻摻雜、處理溫度相對較低等特點。
氣凝膠隔熱材料
作為一類具有納米孔結構的新型材料，氣凝膠在軍事、建筑、化工、石油及環(huán)境保護等領域的應用前景備受關注。
二氧化硅氣凝膠
二氧化硅氣凝膠是溶膠凝膠工藝衍生的非晶固態(tài)材料，其氣孔率最高可達 99.8%，具有納米級孔洞和粒徑，比表面積超大。常向氣凝膠中添加纖維增加材料強度，或添加遮光劑提高材料紅外遮蔽性能。
氧化鋁氣凝膠
Al2O3氣凝膠具有低密度、比表面積大、熱穩(wěn)定性高和耐高溫等特點。在高溫隔熱、高溫催化及基礎研究等領域都有廣泛應用。根據前驅體不同，制備純Al2O3氣凝膠的工藝可分為無機鋁鹽法和有機金屬鋁醇鹽法。
二氧化鋯氣凝膠
二氧化鋯氣凝膠具有耐高溫、比表面積高、粒徑小和密度低等特點。在加熱或冷卻時容易造成ZrO2納米孔結構破壞。可通過對ZrO2氣凝膠進行摻雜改性，從而對其進行晶型穩(wěn)定化處理。改性后復合材料比純ZrO2材料具有更好高溫穩(wěn)定性，能有效解決制品開裂問題。
氣凝膠干燥方法
氣凝膠的干燥方法主要有超臨界干燥法、常壓干燥和冷凍干燥。
超臨界干燥法：通過控制壓力和溫度，使溶劑在干燥過程完成超臨界轉變。由于高溫高壓和有機溶劑的易燃性，超臨界干燥存在很大危險性，且設備昂貴復雜，難以進行連續(xù)性及規(guī)�；a。
較超臨界干燥法，常壓干燥操作簡單安全。但常壓干燥時孔隙流體遷移產生毛細管力，從而導致氣凝膠結構收縮和坍塌�？赏ㄟ^提高凝膠網絡結構強度；改善凝膠中孔洞的均勻性；對凝膠進行表面修飾處理；采用低表面張力的溶劑等措施來解決。
冷凍干燥可一定程度上解決干燥過程粒子團聚問題。冷凍干燥在低溫、負壓下使凍成固相的溶劑升華，達到排除溶劑的目的。
纖維及纖維增強復合隔熱材料
隔熱纖維主要通過減緩熱量交換達到隔熱目的。絕大多數為硅酸鹽類礦物。主要有石棉、玻璃棉、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維、碳化硅纖維 和 氧化鋁纖維等。因纖維本身具有一定拉伸強度，所以其制品具有較高的抗拉、抗壓和抗折強度。實際應用中隔熱材料往往承受一定載荷。所以其他類型隔熱材料一般要與纖維復合使用。
參考資料：
謝文丁. 絕熱材料與絕熱工程
Zhao S Y. Temperature and Pressure Dependent Effective Thermal Conducttivity of Fibrous Insulation
Stark C. Improved Heat-transfer Models for Fibrous Insulation
奚同庚. 無機材料熱物性學
鄭明新. 工程材料
Sear F W. Salinger G L. 柳之琦譯. 熱力學
趙淑媛. 纖維隔熱材料微觀結構與熱性質演化及熱可靠性評估研究
胡繼東. 航天器熱防護材料的發(fā)展概述
蔡紅玉. 有機泡沫浸漬法制備的SiC泡沫陶瓷的組織與性能研究
謝濤. 氣凝膠納米多孔隔熱材料傳熱計算模型的研究
陳力飚．凝膠的干燥
左小榮. 常壓干燥制備二氧化硅氣凝膠的工藝研究
楊春艷. 多孔隔熱陶瓷的研究進展
（中國粉體網編輯整理/江岸）
