SiC陶瓷膜的结构

硅碳化物的分子式为SiC，密度为3.16-3.2克/立方厘米。硅碳化物是一种共价化合物，其晶体结构属于四面体配位类型，结构单元通常为CSi₄或SiC₄。碳和硅均为非金属元素，在它们结合时形成的强共价键创造了SiC化合物。Si-C中约78%的键能是离子性的，使硅碳化物具有高硬度、高强度和优异的耐酸碱腐蚀性等优点。

SiC陶瓷膜的分类

SiC陶瓷膜可分为对称膜和非对称膜。对称膜结构简单，过滤性能差，易受污染，寿命短，实际中很少使用。相反，非对称膜通常由三层组成：支撑层、过渡层和分离层。

SiC陶瓷膜的特点

高渗透性

SiC陶瓷膜的特点是具有多种尺寸的孔隙。闭孔主要起着隔热、隔声和颗粒传输的作用，而开孔主要用于过滤。

高抗弯强度

使用硅碳化物、二氧化硅、氧化铝和各种加工技术制备的SiC陶瓷产品表现出较高的抗弯强度。在干燥和预烧后，产品内的颗粒在烧结过程中在高温下熔化和结合，从而增强产品的抗弯强度。

稳定的物理和化学性质

碳化硅陶瓷具有耐高温、耐酸碱腐蚀的特点。具有较大比表面积，能承受高压，不污染环境，节约资源，成本低。

高亲水性和疏油性

SiC陶瓷膜可以将油分离出乳液，这是传统技术难以实现的壮举。这一特性使它们在处理含油废水和工业废水方面具有广泛的适用性。

非污染

SiC陶瓷膜是环保的绿色材料，确保不会造成二次污染。

一致的水质输出

SiC陶瓷膜随时间保持稳定的水生产质量。与其他技术或膜材料相比，它们需要更少的重量和空间。

有许多制备SiC陶瓷膜的方法。根据不同的孔结构和形成机制，它们通常可以分为四类：颗粒堆积、模板复制、牺牲模板和直接发泡。通常，SiC陶瓷膜的制备涉及混合、成型和烧结等过程。除了制备方法，烧结过程也极大地影响材料的性能。SiC陶瓷膜的常见烧结方法包括反应烧结、无压烧结（固相烧结和液相烧结）和重结晶烧结。

颗粒堆积法是制备SiC陶瓷膜过程中最简单、最直接的方法之一。在绿体形成过程中，SiC颗粒和添加剂被堆积在一起，由于空间阻碍而在颗粒之间留下间隙。烧结后，通过体积收缩和晶粒扩散消除较小的间隙，而较大的残余间隙形成SiC陶瓷膜的孔隙结构。绿体可以通过干压、凝胶铸造、带材铸造等方法形成。

在模板复制方法中，有机材料被用作模板。 使用SiC陶瓷浆料或前驱体溶液通过特定技术浸渍或涂覆到模板上。 烧结后，获得具有类似模板结构的多孔SiC陶瓷膜。 许多合成和天然多孔材料可用作制备多孔SiC陶瓷的模板。 由于该方法直接复制其他材料的孔结构，因此可以精确控制SiC陶瓷膜的孔结构、孔径和分布。

牺牲模板法通常用于制备SiC陶瓷膜。它通常涉及由陶瓷颗粒或前驱体组成的连续基体相和均匀分散在连续相中的牺牲模板相。最终移除模板，形成多孔结构。所得的孔结构直接对应于移除的牺牲模板的形态。通过制备两相混合绿坯可以实现：

将两种不同相的混合粉末压制成绿体。

准备两相混合浆料，并通过各种技术（例如浇铸、带状浇铸）形成绿体。

将牺牲模板浸入陶瓷浆料或前体溶液中，形成绿体。

根据孔形成材料的不同，牺牲模板法可以进一步分为冻干法、乳液孔形成法和直接孔形成剂添加等技术。

由于其独特的结构，SiC陶瓷膜具有出色的过滤性能，得益于其耐酸碱、高强度、高硬度和环保等优势。这些特点使得它们在各个领域广泛应用。

工业生产产生有害烟气、秸秆燃烧排放和含有有毒金属离子的废水，严重影响环境，导致酸雨、土壤污染和水污染。SiC多孔陶瓷膜已在许多国家被采用和推广用于过滤和净化。它们可以过滤工业废水和生活污水，实现水的净化和环境保护。

工厂排放的高温气体通常携带污染环境的细颗粒物。这些颗粒物存在于石油、化工和制药等行业的废气中，通常具有腐蚀性。SiC陶瓷膜的高温和耐酸碱性使其适用于去除高温气体中的粉尘。

除了过滤之外，SiC陶瓷膜还可作为吸声材料。它们多孔的结构能够分散空气中声波的压力，降低噪音。长寿命、易清洁、可回收、耐腐蚀和轻质等额外优势使其在科学研究和应用领域具有广泛潜力。

一些毒性和污染物质在废水和废气中无法仅通过过滤去除。在这种情况下，可以使用催化剂来分解这些污染物。催化剂需要载体，具有耐酸碱性、耐高温性、高抗弯强度、韧性和环保性等特性的多孔SiC陶瓷膜是理想的催化剂载体。

在工业生产中，熔融金属通常含有影响金属形成、硬度和强度的小颗粒。这在精密金属铸件和电子元件的生产中尤为关键，这些杂质会显著影响产品质量。SiC陶瓷膜的高温抗性使其适用于过滤熔融金属。

多孔陶瓷可以用作检测气体或液体中各种物质的敏感元件。其原理涉及将多孔SiC陶瓷膜置于介质中，介质中存在的物质与膜发生反应或被吸附。然后利用膜内的电流或电位变化来识别介质中的物质。

多孔陶瓷可用于制造窑具。传统的窑具通常笨重，而多孔陶瓷则轻便，更方便使用，并且能够实现更快的热传递。这有助于减少烧结时间。当用于烧结铁氧体或其他电子陶瓷时，这些材料可以提高产品性能。

只有少数国家开发出高质量的SiC陶瓷膜产品，其中丹麦的LQ和法国的SG是著名的例子。尽管中国在膜分离领域已经有数十年的发展，但SiC陶瓷膜仍然不够发达，国内第一家大规模生产公司也是几年前才出现的。

作为陶瓷膜领域中最先进的产品，中国水处理所需的所有SiC膜都是进口的。外国公司垄断材料价格和供应，导致高成本限制了SiC陶瓷膜的采用和市场扩展。

主要的专利持有者包括栗田水务、久保田、日立、NGK绝缘体、NEC、东丽、JSR、普拉克斯技术、南京工业大学、膜技术与研究所以及清华大学，它们都拥有备受引用的专利。鉴于各自关注领域和应用领域的差异，存在竞争和战略合作的潜力，为行业发展带来机遇和挑战。

膜分离技术被视为一种节能高效和创新的分离方法，为能源、资源管理和环境保护等关键问题提供了有效解决方案。数据显示，21世纪初，全球膜及相关设备的销售额每年超过600亿美元，增长率约为30%。专家预测，膜技术以及将膜与其他技术结合的综合方法，可能大规模取代传统的分离技术。

2019年，丹麦SiC陶瓷膜供应商LQ收到一家航运公司的多百万美元订单，用于价值近1000万美元的SiC陶瓷膜水过滤系统。

2016年，武汉理工大学SiC陶瓷膜的研究成果脱颖而出，成为湖北省科技百项重大突破之一。这些发现吸引了鄂州长达资产管理有限公司。2017年，团队凭借八项拥有专利的SiC陶瓷膜技术，为股权贡献了2128万元人民币的知识产权，与长达资产管理合作成立了湖北迪捷膜技术有限公司。

全球范围内，只有少数企业有能力大规模生产SiC陶瓷膜，该领域在国内仍然相对不发达。近年来出现的一两家纯SiC陶瓷膜制造商的崛起突显了这一产品的潜力，具有广阔的应用前景和强劲的市场需求。在国内，该行业提供了明显的机遇：拥有先进技术确保进入一个有前途的市场。