中國粉體網訊 氮化硅材料具有優異的耐高溫、抗酸堿和金屬液侵蝕、抗氧化、耐磨、高強度和高韌性以及低介電常數和低介電損耗等本征性質，而多孔氮化硅陶瓷則具有高的比表面積、氣孔率、滲透性、抗熱震性和長流體通道以及低的表觀密度、熱容、熱導率和更低的介電常數和介電損耗。因此，多孔氮化硅陶瓷特別適用于高溫和侵蝕等特殊環境下的氣液流體過濾器、催化劑載體、分離膜、寬頻透波材料、復合材料增強體、熱交換器、生物反應器和人體組織構件等。
這些應用得益于多孔氮化硅陶瓷體內存在大量氣孔及其所提供的細小空間、通道和表面對流體輸運過程的控制作用以及對電磁波的透過作用。因而，多孔氮化硅陶瓷的氣孔率、強度、孔徑分布、比表面積是核心指標，氣孔形貌等顯微結構和表面性質是關鍵因素，它們決定著多孔氮化硅陶瓷的力學性能和透波性能，及流體的滲透性、輸運機制、負載能力和吸附能力，顯著影響其應用范圍和潛力。
多孔氮化硅陶瓷
（圖片來源：多孔氮化硅陶瓷的研究進展及構效關系中的矛盾平衡，馬茸茸等）
多孔氮化硅陶瓷的性能
孔隙率
孔隙率是固相顆粒之間的空隙體積占總體積的比例，是表征多孔陶瓷的最重要參數之一。為了制備多孔氮化硅陶瓷，一般情況下會從原材料的成分設計和陶瓷的合成制備工藝等方面來綜合考慮。
原材料的成分設計主要包括原始粉料的選擇、固相含量、有機物含量等。制備多孔氮化硅陶瓷所采用的基本原料均為等軸狀的α-Si3N4粉體，燒結助劑有很多種。
多孔氮化硅陶瓷的合成制備方法主要有：添加造孔劑法、擠壓燒結法、流延法、反應燒結法、冷凍干燥法和凝膠注模法等。不同的合成制備方法對多孔氮化硅陶瓷材料孔隙有不同的影響。
不同的合成制備方法對孔隙率、孔徑的影響
（來源：多孔氮化硅陶瓷制備方法的研究進展，王鵬舉等）
力學性能
一般情況下，彎曲強度和斷裂韌性是判斷多孔氮化硅陶瓷材料力學性能的兩項重要性能指標。對于多孔氮化硅陶瓷材料來說，影響其力學性能的主要因素是材料的孔隙率和組織結構。
材料在受力過程中，孔隙相當于缺陷，尤其是大孔隙，會成為材料的斷裂源，因此隨著孔隙率的增大，多孔陶瓷材料的彎曲強度和斷裂韌性均會降低，同時，孔隙分布不均勻會導致材料的局部快速失效，嚴重影響材料的力學性能。
多孔氮化硅陶瓷優異的力學性能源于長棒狀的β-Si3N4的交錯搭接、相互咬合而產生自增韌作用，這種結構在材料受力時能有效地阻止裂紋的擴展，使材料內部的微裂紋發生彎曲、偏轉，而等軸狀的α-Si3N4不能實現自增韌，強度較低。
介電性能
介電性能是評價多孔陶瓷材料的一項重要性能指標，通常用介電常數（ε）和介電損耗（tanδ）這兩個參數來表示，其中介電性能與孔隙率關系最為密切。有研究表明：介電常數和介電損耗隨著孔隙率的增大而減小。另外，隨著測試頻率的增加，多孔氮化硅陶瓷材料的介電常數和介電損耗都會有所減小，但幅度不大。
對于多孔氮化硅陶瓷材料來說，介電常數（ε）和介電損耗（tanδ）的值越小，材料的介電性能越好，在保證力學性能的前提下增加孔隙率是要獲得優異介電性能的主要途徑。
多孔氮化硅陶瓷的應用
天線罩透波材料
透波材料是一種既可以減少射頻電磁波通過的損耗，又可以很好地抵御外界雨雪等有害環境影響的多功能介質材料，可以應用于雷達天線罩和天線窗板。其基本要求是：透波效果好、穩定性高，對雷達信號影響小，具有良好的機械性能與耐腐蝕性能。針對這類應用，多孔氮化硅陶瓷材料展示出了巨大的潛力。
國外從二十世紀50年代開展了多孔氮化硅材料的研究，系統研究了制備方法、晶粒尺寸、氣孔率、氣孔大小等對相關性能的影響規律，已成功在導彈天線罩等領域實現穩定化制備和應用。
美國、俄羅斯、法國等已經制備出實用化的氮化硅基復合陶瓷天線罩；美國、以色列更是通過將低密度(1.0~2.2g/cm3，ε=2.24)多孔氮化硅芯層和高密度(2.8~3.2g/cm3，ε=5.0)氮化硅表層復合，研制出一種高性能寬頻疊層天線罩。
張偉儒通過采用Y2O3，Al2O3作為燒結助劑，氣氛壓力燒結工藝，成功地制備出了高強度多孔Si3N4陶瓷透波材料。通過SEM對材料微觀結構進行了研究。實驗結果表明：在適當的工藝下可以制得彎曲強度大于160 MPa，氣孔率>50%的多孔氮化硅陶瓷。并討論了多孔氮化硅形成的機制和高強度的主要原因。
骨替代材料
生物陶瓷材料需要具有較強的抗壓縮性與耐磨性等物理屬性，而且在植入生物體時較好的生物組織相容性也是一個值得注意的關鍵要素。
世界上每年由于創傷、感染、腫瘤等引起的關節置換手術約有400萬次，自體骨移植移植量有限，不能滿足需求。氮化硅具有良好的生物相容性、抗菌性、穩定性及機械性能，有望成為長壽命骨替代材料。致密氮化硅與主體骨間彈性模量差異巨大，導致植入體界面處產生應力集中，植入體失效。氮化硅陶瓷的多孔化可解決上述問題，使得氮化硅移植材料的力學性能與主體骨相匹配。
目前，對于生物骨科材料的要求日益增多，多孔氮化硅陶瓷材料作為生物陶瓷材料中的一員，必將促進今后生物材料發展。
過濾是生產過程中極其重要的一環，過濾材料對于過濾特性、機械性能和化學穩定性都有一定的要求。多孔陶瓷材料不僅在氣體凈化過濾方面應用廣泛，還可以有效過濾多種類型的溶液。多孔氮化硅陶瓷具有可調節的氣孔、良好的耐腐蝕性與化學性質穩定的特點，這類特點是其作為過濾材料的良好的基礎。
催化劑載體
催化劑載體通常是催化劑活性組分的骨架，起到支撐與負載的作用，其自身一般并不具有催化活性，有時也充當催化劑的作用，因其種類眾多所以在不同的領域都有著良好的應用。催化劑載體要求有一定的吸附性和可塑性，具有一定熱穩定性與機械強度。
多孔氮化硅陶瓷作為一種多孔性陶瓷材料，具有強度高和化學穩定性好的特點，符合催化劑載體的要求。隨著科技的發展，對于高效環保的多孔陶瓷載體的需求日益增大，催化劑載體的強度和耐腐蝕性也有了更高的要求，多孔氮化硅陶瓷憑借自身的優勢為科技研究提供了便利。
其它領域
冶金工業逐漸邁向大型化、連續化、自動化、無污染、低消耗等方向，多孔氮化硅陶瓷材料作為該領域的一種新型潛力材料，不斷被世界各國冶金企業所采用，主要是用于制作熱電偶測溫保護套管、發熱體夾具、鋁電解槽襯里、鋁液導管、燃燒嘴、坩堝等熱工設備上的部件。
在機械工業領域，主要用來制造燃氣輪機的導向葉片和渦輪葉片、轉子發動機刮片、發動機、密封環、高溫軸承、高速切削工具、永久性模具等。
參考來源：
高比強多孔Si3N4陶瓷透波材料的研究，張偉儒，中材高新材料股份有限公司2020
定向孔結構多孔氮化硅陶瓷的微結構控制及其壓縮性能研究，歐陽嫦娥，哈爾濱工業大學2020
多孔氮化硅陶瓷的研究進展及構效關系中的矛盾平衡，馬茸茸等，西安建筑科技大學2020
多孔氮化硅陶瓷的研究進展及應用，江雨航等，南京工業大學2020
多孔氮化硅陶瓷制備方法的研究進展，王鵬舉等，河海大學2014
高性能多孔氮化硅陶瓷的制備進展及應用，杜芳林等，青島科技大學2016
凝膠注模成型多孔氮化硅陶瓷制備技術研究，張訓虎，哈爾濱工業大學2018
（中國粉體網編輯整理/平安）
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