木陶瓷的研究进展及发展趋势

孙德林，计晓琴，王张恒，孙振宇，朱志红

（中南林业科技大学材料科学与工程学院，长沙 410004）

木陶瓷（woodceramics）也称为木质陶瓷、木材陶瓷，是指将浸渍了热固性树脂（或液化木材）的木质（及其他生物质）材料经高温烧结而成的新型多孔炭材料［1］，它在一定程度上能够保存木质（或生物质）材料的基本结构特征。其原材料易得、质量轻、比强度高、膨胀系数小，基本特性介于传统的炭和碳纤维或石墨之间，具有良好的热学、电磁学和摩擦学特性，在民用和军工方面均有良好的表现，应用前景广阔。

国内外学者对木陶瓷开展了大量的研究工作。如：日本Takasaki 等［2］研究了以多种生物质材料为基材制备木陶瓷的基本结构与性能；韩国Kwon等［3］分析了炭化温度对木陶瓷电阻率的影响；印度Suda 等［4］研究了木陶瓷的导电特性。同时，Ok⁃abe 和Okachi 等［5-6］也提出了木陶瓷的应用设想。在国内，西安交通大学、中南林业科技大学、东北林业大学等高校的许多学者也对木陶瓷开展了深入的研究。

笔者从原辅材料、制备工艺、基本结构、应用领域等方面对木陶瓷的研究现状作了详细介绍，在比较分析原辅材料、工艺过程等要素对其结构与性能影响的基础上，提出了今后的研究重点与发展思路，旨在推动这种新型的生物质多孔炭基材料能得到更广泛的应用。

1 木陶瓷的原辅材料

用于制备木陶瓷的原辅材料主要包括基材和胶黏剂，其中基材烧结后构成木陶瓷结构的主体材料，热固性胶黏剂则形成硬度较大的玻璃碳［5］。同时，对于一些功能性木陶瓷，在制备时还需加入一些添加剂以实现其特殊功能。

1.1 基 材

1.1.1 木质基材

在木陶瓷制备中，由于块状的木质材料可以不需要成型，而且能够在很大程度上保留其作为生物质材料的天然孔隙结构特征，因此被作为木陶瓷基材的首选，常用的包括实木和纤维板（MDF）两大类。刘一星等［7］和李淑君［8］以大青杨为原料，浸渍酚醛树脂（PF）后经800 ℃隔氧烧结，制得实木基木陶瓷。Akagaki 等［9］则用MDF 制备木陶瓷，并研究了在有水和油润滑条件下的摩擦性能。Sun等［10］以浸渍了低分子量PF 树脂的杨木所制备的木陶瓷为研究对象，发现随着烧结温度的升高，其微晶结构变得较规整有序，但仍然是以非石墨化碳为主。在上述方法中，要将PF 树脂浸渍到实木和MDF 中比较困难，尤其是MDF 在水溶性树脂中会因吸水膨胀而变形，因此陶毓博等［11-12］将木粉浸渍PF 树脂后压制成块状再烧结。

1.1.2 其他生物质基材

除了使用实木与MDF 之外，大量的其他生物质材料也被用于制备木陶瓷，如稻草、稻壳、麦秸秆、玉米芯、棉秆、烟秆、椰壳等。Zhang 等［13］采用拉曼光谱（LRS）和扫描电镜（SEM）研究了烟秆基木陶瓷，发现973 K 是制备木陶瓷的转折点温度，且半峰全宽（FWHM）和R值随烧结温度和PF 树脂的增加而减小，微晶尺寸在1.85～5.40 nm 之间变化。Huang 等［14］则用稻壳和高温煤沥青在不同烧结温度下制备木陶瓷，然后添加木质素前驱体进行改性，发现当热解温度从500 ℃增加到1 200 ℃时，木陶瓷的（002）晶面峰增加，并向高衍射角移动，同时，体积收缩率增加，孔隙率下降，抗弯强度由10.2 MPa 上升到31.2 MPa。

1.2 胶黏剂

1.2.1 热固性树脂

用于制备木陶瓷的热固性树脂主要有PF 树脂、环氧树脂（EP）、呋喃树脂和丙烯酸［15］等。其中PF 树脂使用最多，其特点在于固化后在高温状态下不会软化而使木陶瓷保存稳定的形状。如钱军民等［16］利用XRD、SEM 和FT⁃IR 对不同烧结温度和PF 树脂/椴木木粉质量比对木陶瓷物相、微观结构和物相变化的影响进行了研究，发现其中含有C—C、C—O—C 和C—H 等基团，在宏观上具有拓扑均匀连通孔的三维网络结构，微晶为类石墨结构。而Yu 等［17］以EP 树脂和竹粉为基料制备竹基木陶瓷，竹粉作为天然植物模板的形式存在，其抗压强度随着烧结温度的升高而提高，但超过1 000 ℃后呈现下降趋势。Pan 等［18］报道了利用EP 树脂浸渍蔗渣制备木陶瓷，发现所制备木陶瓷呈现出从0.6～21 μm 到3.1～9.3 nm 的分级多孔结构。而王萍、潘建梅等［19-20］利用TGA 研究了以香杉木粉、蔗渣和EP 树脂为原料制备的木陶瓷。

呋喃树脂和聚芳基乙炔树脂也被用来制备木陶瓷。周蔚虹等［21］研究了以呋喃树脂与木粉为原料制备的木陶瓷，发现高温烧结有利于改善石墨微晶结构，且随着树脂含量的增大炭得率提高，体积电阻率减小。王于刚等［22］用聚芳基乙炔树脂浸渍杉木粉制备木陶瓷，结果表明，热分解起始温度为325 ℃，抗压强度随温度升高由3.0 MPa 增大至6.2 MPa。此外，Jin 等［23］还研究了用木质素改性PF 树脂制备木陶瓷，并用XRD 和SEM 对微晶结构和微观结构进行了表征。

1.2.2 液化木材

许多学者尝试用液化木材及液化生物质材料代替热固性树脂制备木陶瓷。Hirose 等［24-25］分别研究了烧结温度对用液化木材浸渍MDF 和用液化木材与炭化竹粉制备木陶瓷的结构变化，发现当温度超过650 ℃后木陶瓷出现乱层结构。Sun 及其课题组［26-28］也研究了利用液化松木与木粉制备木陶瓷，发现C=H、C=O 和C=C 在高温下被破坏，且炭结构向着平面六边型转变，当温度达到1 600℃时，d002、La和Lc值分别达到0.374 0，3.257 2 和0.575 4 nm。但液化木材的黏度大、分子量分布范围宽，浸渍MDF 十分困难；而用液化木材与炭化竹粉混合制备的木陶瓷，由于产品内部结构、应力等多种原因，也易出现变形和开裂。

1.3 添加剂

在木陶瓷的制备中添加一些辅助材料可以赋予木陶瓷特定的功能，常用的有金属离子与金属化合物、无机矿物质和有机硅系列。

1.3.1 金属化合物

金属离子和金属化合物的添加可以起到掺杂和改善木陶瓷结构的作用，赋予其特殊的功能。余先纯等［29］以造纸黑液木质素和NiCl2·6H2O 为原料制备Ni 掺杂木陶瓷，并用KOH 活化，得到的Ni 掺杂活化石墨化木陶瓷呈泡沫状三维网络结构。Ni 既参与构筑木陶瓷骨架，又对无定形碳进行催化石墨化，所制备样品中有石墨烯片层结构出现，部分晶格间距接近理想石墨的点阵参数。800 ℃活化3 h 后，样品孔径主要集中在3.60 nm 左右，比表面积从359 m2/g 提高到856 m2/g。反应机理如图1 所示。

图1 木陶瓷的Ni 掺杂与催化石墨化机理［29］Fig.1 Graphitization mechanism of AGWC

周蔚虹等［30-32］将不同质量分数的纳米γ⁃Fe2O3添加到呋喃树脂中，与毛竹竹粉混合制备纳米α⁃Fe/木陶瓷复合材料，研究发现复合材料的主要晶体相有石墨、α⁃Fe 与Fe3C。计晓琴等［33］以造纸黑液木质素为前驱体、柠檬酸铁为催化剂与掺杂剂，在1 200 ℃下保温烧结2 h，再用KOH 活化，当柠檬酸铁与木质素的质量比为1∶1时，比表面积可达712.59 m2/g，孔径约1.64 nm，在无机体系6 mol/L KOH 中比电容可达115.6 F/g，经过2 500次循环充放电后其比电容保持率达75.2%。

1.3.2 无机矿物质

添加无机矿物材料可以改善木陶瓷的性能。王向科等［34］以橡胶木粉、硅溶胶、纳米氧化铝为原料，制备了氧化铝木陶瓷，当烧结温度为1 000 ℃，木粉∶硅溶胶∶氧化铝质量比为1∶2∶0.8 时，木陶瓷中含有晶须状莫来石结构。吴文涛等［35］以油菜秸秆和凹凸棒石为原料、PF 树脂为黏结剂制备凹凸棒石/油菜秸秆木质陶瓷，发现在600～800 ℃时抗弯强度大幅度提高，在800 ℃时导电性能得到改善。硅藻土也是一种较好的添加材料，高如琴等［36］以硅藻土/玉米秸秆和PF 树脂为原材料制备木陶瓷，发现其中含有少量石英晶相和结晶石墨，主要孔径分布在1 000～3 800 nm。

1.3.3 有机硅系列

许多有机硅及其化合物在常温下呈液态，有利于浸渍，故常被作为功能添加剂。李健等［37］以炭化后的松木和枇杷为模板浸渍聚碳硅烷（PCS）溶液，在低温（1 000 ℃）下烧结制备木陶瓷，并分析了PCS 浓度对木陶瓷性能的影响。同时，陈璐等［38］分别以毛竹、竹纤维、脱脂棉为模板，浸渍PCS 有机溶剂浆料，1 000 ℃下热解制备SiC 木陶瓷；而康浩［39］则通过含氢硅油与二乙烯基苯反应得到的交联剂与木粉混合制备木质陶瓷，发现在1 400 ℃时木陶瓷中产生了大量的SiC 纳米线。

2 木陶瓷的制备工艺与结构

木陶瓷的制备主要有成型与烧结2 个主要工艺过程，由于所使用原材料的形态不同，成型工艺也各异。在烧结方面则有真空、流动气氛保护和静态气氛保护烧结等3 种，其中真空烧结对设备的要求较高，故在木陶瓷的制备中使用不多。

2.1 成型与浸渍工艺

由于原辅材料的不同，成型与浸渍工艺也有所差异。

2.1.1 块状基材的成型与浸渍

常用的块状基材如实木与MDF 等，采用锯、刨、钻、铣等通用的木质材料加工方法即得到所需的形状。但实际上由于木材和MDF 很难渗透，故块状基材的尺寸不宜太大，尤其不能太厚，可以采用真空浸渍、超声波辅助浸渍，且尽量使用分子质量小的树脂。Okabe 等［40］和李淑君等［8］就曾采用此方法制备木陶瓷。

2.1.2 粉末与层状基材的成型与浸渍

利用粉末状的生物质材料制备木陶瓷的特点在于树脂与粉末充分混合压制后可制备尺寸较大的产品。钱军民等［16］将木粉与PF 树脂混合后热压成型。Yu 等［17］和潘建梅等［20］将竹材和甘蔗渣粉碎后与EP 树脂混合后再热压成型。实际上，木材陶瓷的性能除了与基材种类有关外，还与基材的粒径、树脂用量、压力等要素相关。目前，使用较多的粒径范围、树脂用量、成型压力和烧结温度分别为40～80 目、30%～100%、2～30 MPa 和700～1 200 ℃，其中树脂含量高的碳得率也相对较高。

对于层状木陶瓷，将薄木与单板浸泡在树脂中取出沥干即可胶压。但无论是粉末状还是层状的，成型压力大的试件在烧结后其力学性能也相对较高。孙德林等［41］在研究以山毛榉薄木为基材的层状木陶瓷时发现，在PF 树脂含量、烧结温度、升温速度和保温时间分别为62%、1 000 ℃、2 ℃/min和2 h 时，成型压力为10 MPa 试件的显气孔率为44.19%，而当成型压力增加到20 MPa 后，显气孔率下降到38.28%。

2.2 烧结工艺

2.2.1 气氛保护方式

目前，实验室制备木陶瓷的烧结工艺多使用流动气氛保护和静态气氛保护烧结，这2 种各具优势。其中，保护气体主要是N2或Ar2。

1）流动气氛保护烧结：多在管式烧结炉中进行，保护气体从烧结炉一端输入，从另一端排出，在此过程中可将热解所产生的挥发性气体排出，利于微孔与超微孔的生成。不足之处在于惰性气体消耗量大，且流动的气体会带走部分热量。同时，一般烧结炉的管径较小，且截面为圆形，难以进行加压烧结，因此多适用于小样的制备。目前实验室大多数都采用这种工艺。

2）静态气氛保护烧结：在烧结过程中，首先用保护气体多次洗炉，将炉膛内的空气置换并用保护气体充满炉膛，密闭后烧结［42-44］。整个过程中没有气体的流动，可以极大地减少保护气体的用量。但也存在因气体置换不彻底而被氧化的可能，同时，生物质材料在热解过程中所产生的小分子物质有可能堵塞微孔与超微孔而影响比表面积。

2.2.2 烧结温度参数

烧结温度、升温与降温速度、保温烧结时间等是烧结工艺的重要参数，也是用来调控木陶瓷基本性能与孔隙结构的重要手段。

1）烧结温度：烧结温度的高低在很大程度上影响木陶瓷的微晶结构、物相构成、力学性能以及导电性能。孙德彬等［28］在研究用杨木液化产物制备木陶瓷时发现：提高烧结温度能够有效减小木陶瓷中石墨微晶的晶面间距d002值，增加微晶直径La值与石墨烯片堆积厚度Lc值，同时层间距降低。Iizuka 等［1］在研究以MDF 为基材制备木陶瓷的力学性能时发现，其抗弯强度在500 ℃时最低，在500～800 ℃之间迅速增加，在1 200 ℃附近达到最高，随后有降低的趋势。Kasai 等［45］在研究以单层薄片和MDF 为基材所制备的块状木陶瓷的电学性能时发现，其电阻会随湿度的增加而减小，并且650 ℃制备的薄片木质陶瓷对湿度的变化特别敏感。

2）升、降温速度：有机物热解过程中的结构变化易导致木陶瓷的变形与开裂，可通过控制升温速度来调节热解的剧烈程度，从而达到减少缺陷的目的。一般情况下，在500 ℃附近剧烈的热解才基本结束，故在此之前尽量采用较低的升温速度（如1～2 ℃/min），500 ℃之后可以适当地提高升温速度，如3～5 ℃/min。这样既可保证烧结质量，又能缩短烧结时间。在降温阶段，由于烧结炉均具有较好的保温性能，降温速度比较慢，故可采用随炉冷却的方式。目前，在众多木陶瓷的制备中多采用这种方式以确保试件的质量［20，46］。

3）保温烧结时间：保温烧结阶段主要用于调控木陶瓷的孔隙与微晶结构［12，23］。由于保温烧结多在高温区间进行，因此，延长保温时间易造成烧蚀与孔隙的融合而导致木陶瓷比表面积降低、孔径扩大，进而影响力学性能。在研究保温时间对层状木陶瓷性能影响时发现［41］：树脂含量和成型压力分别为62.2%和10 MPa 的试件，在1 200 ℃的温度下保温烧结1 h 后表观密度和孔隙率分别为0.753 g/cm3和42.607%；而当保温烧结时间延长至6 h 后表观密度和孔隙率分别为0.721 g/cm 和45.005%。显然，随着保温烧结时间的延长，会导致木陶瓷性能的下降。

2.3 结构形态

由于使用原材料形态和制备方法的不同，木陶瓷在结构上也存在着差异。目前，其基本结构主要可分为三维网络结构和层状结构两大类。

2.3.1 三维网络结构

在原材料为实木制备的木陶瓷中，实木在纵向上分布着大量的导管（或管胞），在横向上存在贯通的纹孔等，加上烧蚀与气化的作用，故在烧结后可形成纵横交错的网络体系。这种由实木为基材制备的木陶瓷可称为实木基木陶瓷，其特点在于能够很好地保存木材的天然结构，如图2a 所示。

图2 实木基木陶瓷的SEM 照片（本课题组制备试样）Fig.2 SEM images of solid wood⁃based woodceramics

而采用木粉（或生物质材料纤维与粉末）制备的木陶瓷，由于热固性树脂能够较好的渗透到材料的孔隙中，并将颗粒黏合在一起，因此烧结后木粉（或生物质材料纤维与粉末）所形成的无定型炭与树脂所形成的玻璃碳交织在一起形成三维网络结构，同时，部分颗粒较大的木粉（或生物质材料纤维与粉末）能够部分保存其原有的结构，如图2b所示。何雨佳［47］以木粉浸渍PF 制备了木陶瓷，并探讨了其多孔隙结构的流体动压润滑性能。

2.3.2 层状结构

与传统的木陶瓷相比，层状木陶瓷作为一种新型结构的木陶瓷具有典型的层状结构。孙德林等［48］首先将山毛榉薄木浸渍PF 树脂，干燥后胶压成薄木基树脂复合材料，然后在箱式烧结炉中静态气体保护、加压烧结而成。这种木陶瓷在宏观上具有明显的层状结构，在微观上又较好地保存了木材的天然结构特征，更重要的是其断裂韧性得到提高，是采用常规方法制备的木陶瓷断裂韧性的2 倍多。由于层状结构能够提高裂纹的扩展容限，可避免破坏过程中的灾难性断裂，其基本结构与载荷载荷⁃位移曲线如图3 所示。

图3 层状木陶瓷的基本结构与载荷载荷⁃位移曲线［48］Fig.3 Basic structure and load⁃displacement curve of laminated woodceramics

2.3.3 纤维增强结构

为了更进一步改善木陶瓷的韧性，孙德林、任思静等［49-54］等研究了使用液化木材、炭粉和碳纤维等制备增强型层状结构木陶瓷，并探讨了烧结温度、液化木材用量等因素对其结构和力学性能的影响。结果表明，层状结构清晰，摩擦性能良好，且在微观上部分保持了木材天然的孔隙结构特征。同时，增强碳纤维和层状结构的运用能够获得较高强度与较好韧性：当烧结温度为1 100 ℃、炭粉与液化木材质量比为1∶0.75、胶合压力为3 MPa 时，所制备木陶瓷的抗弯强度、弹性模量、断裂韧性分别达到了53.90 MPa、2.58 GPa 和1.69 MPa·m1/2。

在探析增强纤维与木陶瓷之间的基本结构时，采用扫描电镜和高分辨率透射电镜对其基本结构与界面进行观测，并通过显微拉曼光谱检测拉伸试件G’峰的位移以判断界面的结合情况，构建了如图4 所示的细观模型，并采用Abaqus 对界面层在应力传递中的作用与方式进行了数值分析［55］。结果显示：在受力过程中，界面层对碳纤维与基体材料之间的应力传递起着重要作用，同时，随着界面层强度与厚度的增加，其所能承受的载荷增大，传递给基体材料的等效应力也随之增加。

图4 玻璃碳与碳纤维之间的特征体元结构模型（a）和界面应力传递示意图（b）［55］Fig.4 Characteristic voxel model（a）and stress transfer sketch diagram of interface between glassy and carbon fiber（b）

3 木陶瓷的应用领域

木陶瓷作为一种生物质基多孔炭材料，由于在强度上存在一些不足，因此多作为基体与模板材料使用。如与Si、B 等非金属材料复合可制备耐冲击材料，通过掺杂金属离子可作为电磁屏蔽材料与储能材料。

3.1 耐冲击材料

由于木陶瓷孔隙结构发达，尤其是具有层状结构的木陶瓷在被破坏过程中可实现裂纹偏转而吸收能量，在一定程度上能延长断裂时间，因此可作为耐冲击材料的基材。虽然木陶瓷本身的强度不高，但可作为模板与基体材料复合以大幅度提高强度。如以木陶瓷为基材制备的SiC、B4C 等复合材料质量轻、比强度高，具有良好的耐冲击性能，可以用作轻质装甲材料和防弹材料，能极大地减轻装甲质量，提高机动性。

胡丽华等［56］研究了以木质材料为模板的高性能防弹碳化硅木陶瓷的硬度、弯曲强度、弹性模量和断裂韧性分别为22.3 GPa、397 MPa、290 GPa 和3.0 MPa·m1/2。Sun 等［57］以层状木陶瓷为模板，通过渗Si 处理制备具有层状结构的SiC/Si 陶瓷，可获得较高的断裂韧性。Greil 等［58］在研究中采用液相渗硅制备SiC 陶瓷材料，从纵向、径向和弦向等3 个方向研究了其基本力学性能，发现纵向的抗弯强度最大。此外，还有一些学者研究了以木陶瓷为模板制备SiC/C、TiC/C、TiN/C 等木陶瓷复合材料，并对其力学性能进行了探讨。

3.2 电磁屏蔽材料

根据电磁屏蔽理论，当电磁波进入多孔材料后，由于其巨大的比表面积使得电磁波在其内部经过多次吸收和反射而减弱，从而达到屏蔽的目的。而木陶瓷部分保存了生物质材料多层次孔隙结构的特性，加之在制备过程中可通过选择合适的原辅材料、成型压力、烧结工艺等方式来进行调控。因此，众多的木陶瓷可实现对电磁波的吸收和过滤，减少辐射与反射，故适合制备用于隐形飞行器的电磁屏蔽材料和雷达吸波材料。

研究发现：烧结温度在600 ℃时，由MDF 制备的木陶瓷基本不具有电磁波吸收特征；烧结温度在650～700 ℃时，所得到的木陶瓷在频率为7 GHz 时具有优良的电磁波吸收性（约50 dB）；烧结温度在750～800 ℃时，所得到的木陶瓷在频率为0.8 GHz时的电磁波吸收约为40 dB，并且随着烧结温度的升高吸收性降低。Zhou 等［31］在木陶瓷制备工作中加入α⁃Fe 制备的α⁃Fe/Fe3C/木陶瓷复合材料，具有良好的电磁屏蔽效果，当材料厚度为3 mm时，对频率为10.16 GHz 电磁波的反射损耗值最大达到了25.60 dB。

3.3 储能材料

充分利用粉末状多孔碳材料作为电极与储能材料的研究方兴未艾。木陶瓷经处理后具有多级孔径、巨大的比表面积以及耐酸碱，在很大程度上符合储能与电极材料的基本要求，加之能制备成块状，可直接作为电极而无需集流体，具有制造超级储能材料和高能电池材料的潜力［59-60］。

余先纯等［29］以造纸黑液中的木质素和NiCl2·6H2O 为原料、经1 200 ℃高温烧结制备Ni 掺杂木陶瓷，并用KOH 进行活化处理。研究中发现在800 ℃条件下活化3 h 后，样品中的孔径主要集中在3.60 nm 左右，比表面积从359 m2/g 提高到856 m2/g。未使用集流体，在20 mV/s 扫描速率下，其比电容可达153.8 F/g，是未活化的2.2 倍。Chen等［61］将N 掺杂碳基材料用于锌⁃空气电池，储能效果良好，在5 mA/cm2电流密度下，能量密度与功率密度分别达到了773 Wh/kg 和154.0 mW/cm2，且充放电稳定性超过100 圈。上述研究表明木陶瓷在储能方面有着巨大的潜力。Sun 等［62］研究了Ni/木陶瓷序列组装碳纳米片和石墨烯作为电极材料的基本性能，在扫描频率0.2 V/s 时比电容为163.7 F/g，且能量与功率密度较高，分别达到26.2 Wh/kg 和124.6 W/kg，即使经过2 000 次循环后比电容仍可保持89.37%。其伏安循环图、能量与功率密度对比图如图5 所示。

图5 电化学性能图［62］Fig.5 Electrochemical performance diagram

4 发展趋势

上述众多的研究表明，对木陶瓷及其复合材料的研究已经成为热点，但从目前的研究现状来看，由于受到生物质材料的变异性、材料制造的可控性、环保性和经济性等因素的影响，木陶瓷制备的关键技术和应用没有突破，存在着诸如尺寸偏小、品种单一、结构相似等问题，加之其本身属于炭素材料，强度较低、断裂韧性差，这些缺陷与不足在很大程度上影响了木陶瓷作为一种兼具生物结构特征和新型碳材料所应具有的价值。由此可见，无论是制备工艺、基本性能还是基础理论方面均具有很大的研究发现空间。

4.1 基础理论的深化

目前，在基础理论方面的研究相对较少，除了一些有关物相构成方面的研究外，诸如界面晶体、界面形态、结构演变、增强增韧机制、应力传递等方面的研究还不多，即使是物相构成方面也基本上还停留在XRD、RS 等检测与分析上，远不足以形成理论依据，更没有涉及孔隙、界面及其演变机制等主要问题。由于缺乏相关理论的支撑，导致了在基本性能等方面多停留在简单的测试而难以展开更深层次的探讨。只有基础理论的突破，尤其是结构演变机制与调控机理的有效构建，方可为木陶瓷的深入研究与广泛应用奠定基础。

4.2 制备方法的改进

目前多以人工合成的树脂（包括液化木材）为浸渍液，有悖于低碳环保的理念。虽然液化木材得到了一些应用，但液化木材的制备也需要苯酚等化合物。因此，选用可代替胶黏剂也是研究的重点之一。可以考虑使用来源广泛、价格低廉的无机胶黏剂，且无机胶黏剂中含有的金属或非金属离子可与无定型碳反应生成金属或非金属碳化物，可起到强化与掺杂双重作用。

以实木、MDF 及生物质粉末等为基材，品种单一，变形、开裂等缺陷严重，虽然层状结构的出现增加了新的品种，但品种依然较少。同时，气氛保护烧结和活化调控是目前制备方法的主流，但目前常用的高温烧结时间长、保护气体的消耗大，因此，需要探讨采用诸如低温水热法、微波烧结、高频烧结、电弧烧结等新方法的应用。

4.3 基本性能的提升

木陶瓷基本性能的研究目前主要集中在物理力学性能和与孔隙结构相关的性能方面。由于是炭基材料，其力学性能较差，故提高力学性能是扩大应用范围的关键所在。同时，木陶瓷的主要特征之一就是能保留生物质材料天然的孔隙结构。但这些孔隙结构受到诸如材料本身的结构、制备工艺等诸多因素的影响，不一定按照理想的方向发展，因此，结构增强与孔隙调控技术的研究尤为重要。

为了改善力学性能，可以从掺杂金属与非金属离子形成金属氧化物和碳化物等方面来构筑木陶瓷的骨架结构。除了常用的原位反应和高温渗硅外，通过离子掺杂制备TiC、TiN、Al2O3/木陶瓷复合材料也是有效的方法。而采用金属粉末烧结法、液态金属浸渗法等将Al、Mg、Cu 及其合金等渗透到木陶瓷中，均可起到增强的作用。对于孔隙的调控，可采用物理、化学以及两者相结合的活化方法来进行，且在制备之初就可使用诸如H3PO4等对生物质材料进行活化，或使用NaOH、KON、Na2SO3等脱除部分木质素来调节孔隙结构。

4.4 使用功能的扩展

很多领域，如化工生产中的高温过滤、高温催化，航空航天领域的隔热、保温等方面均要求材料在空气中耐烧蚀。虽然普通木陶瓷质量轻、孔隙结构发达，但存在燃点低及在空气中可燃烧的不足，限制了在高温环境下的使用。因此深入开展阻燃、不燃和提高在空气中耐烧蚀的研究，可进一步扩展木陶瓷性能的使用范围。

总之，木陶瓷作为生态环保材料，符合环保发展方向。可通过构建相关基础理论，在此基础上采用合理的制备与调控方法，扬长避短，以改善相关性能，方可制备出多孔、轻质、高强的木材陶瓷及其复合材料，充分发挥其应有的作用。