通过Al3BC3氧化制备多孔Al2O3：一种高孔隙率与高强度协同调控的新策略

为解决多孔陶瓷制备中孔隙率与机械强度难以兼顾的问题，研究人员创新性地利用Al3BC3氧化直接成孔技术，通过调控热处理温度（1150-1700°C）实现孔隙率71.6%与弯曲强度34.7-36.3 MPa的协同优化，为高性能结构材料开发提供新思路。

　　

多孔陶瓷材料在工业应用中长期面临"鱼与熊掌不可兼得"的困境：提高孔隙率会牺牲机械强度，而增强结构稳定性又往往导致孔隙率下降。这种矛盾在航空航天、化工过滤等对材料轻量化与承重能力均有严苛要求的领域尤为突出。传统方法如添加造孔剂（淀粉、碳粉等）虽能形成孔隙，但存在混合不均、形状变形等问题，且工艺复杂成本高昂。

东京城市大学的研究团队独辟蹊径，选择具有层状结构的Al₃BC₃（铝硼碳化合物）作为"自牺牲模板"，通过精确控制氧化过程成功制备出兼具高孔隙率（71.6%）与优异弯曲强度（34.7-36.3 MPa）的多孔Al₂O₃。这项突破性研究发表在《Journal of Alloys and Compounds》上，为结构功能一体化陶瓷开发提供了新范式。

研究采用TG-DTA（热重-差热分析）监测氧化过程，结合XRD（X射线衍射）和SEM（扫描电镜）表征相变与形貌。将1-20 μm粒径的Al₃BC₃粉末压制成20 mm直径的坯体，在空气气氛中以2°C/min升温至1200-1700°C，保温10-20小时实现可控氧化。

【Sample preparation】
通过振动研磨制备均匀的Al₃BC₃粉末（1-20 μm），20 MPa压力成型后，在空气环境中进行梯度热处理。该方法摒弃传统造孔剂，利用材料本征化学反应实现孔隙自形成。

【Characterizations】
TG-DTA曲线揭示Al₃BC₃在1150°C开始氧化，伴随34%质量增加（生成Al₁₈B₄O₃₃），1450°C后因B₂O₃和CO₂挥发导致质量下降。XRD证实1500°C保温20小时可获得纯相Al₂O₃，SEM显示1-4 μm微孔与20 μm大孔的双尺度孔隙结构。

【Conclusions】
该研究创新性地实现了"一步法"制备多孔Al₂O₃：

1. 氧化阶段（1150°C）形成Al₁₈B₄O₃₃/Al₂O₃复合多孔结构
2. 高温处理（≥1500°C）促使Al₁₈B₄O₃₃分解，B₂O₃持续挥发形成纯Al₂O₃网络
3. 孔隙率与孔径可通过温度精确调控，1500°C处理样品兼具最高孔隙率与最佳强度

这项研究的科学价值在于揭示了Al₃BC₃氧化过程中的"自模板"效应：B、C元素以B₂O₃和CO₂形式挥发留下孔隙，而Al元素逐步转化为高稳定性的Al₂O₃骨架。工业意义上，该方法省去造孔剂添加、分散等复杂工序，为批量化生产高性能多孔陶瓷开辟了新路径。研究者特别指出，异常高的机械强度源于高温下形成的Al₂O₃颗粒间强键合作用，这种"陶瓷焊接"效应使得多孔结构在承受载荷时能有效分散应力。