1990年,口本青森工业试验场的冈部敏弘和斋藤幸司采用木材(或其他木质材料,如中密度纤维板、废纸)在热固性树脂中(如酚醛树脂)浸渍后真空炭化而成.烧结温度在800-1 200℃,在这个过程中,木材形成了软质无定型碳,树脂形成硬质玻璃碳,由此而得到的一种新型多孔碳素材料,称之为木材陶瓷(woodceramics)。尽管木材陶瓷的原料采用了有机物质浸渍,但经高温炭化后变为无机碳,从广义上讲,凡具有金属离子键的无机物质均可称为陶瓷,所以这种碳素材料也是一种陶瓷,其结构特性介十传统的炭和碳纤维或石墨之间。所以这种碳素材料也是一种陶瓷。图1是木材陶瓷的扫描电子显微镜照片,它是具有多孔结构的块状物体,其结构特性介十传统的炭和新兴的碳纤维或石墨之间。
这种材料发明以后,得到了口本材料,学界和木材学界的广泛关注,许多学者研究了它的电磁、物理、机械和屏蔽特性,并且利用磁管溅射技术,以木材陶瓷为靶材,以玻璃或铝板为衬底,制备了木材陶瓷薄膜图2为木材陶瓷一种较常见的生产工艺流程图。木材或木质纤维在酚醛树脂内浸泡或混合,然后送入焙烧炉中在惰性气体的保护下高温炭化得到木材陶瓷,经切割加工后得到制品。
虽然木材陶瓷最初的应用设想是基十其碳素导电和多孔结构的电磁屏蔽材料,但进一步的研究表明,它有着更广阔的应用前景:
1)轻量、比强度高,可作构造用材;
2)硬质、耐磨,可作摩擦材料;
3)结构多孔,可作各种滤过、吸收材料,以及其它材料的基体;
4)耐热、耐氧化、耐腐蚀,可应用十高温、腐蚀环境中;
5)导热,有良好的远红外发射功能,是大有前途的房暖材料;
6)是理想的环境材料。其原料木材在合理开发使用下是可循环利用的资源,是许多枯竭性资源的极具前景的代用品。木材陶瓷的副产品为木醋酸,它是农业土壤改良剂和防虫防菌剂。木材陶瓷使用后仍可做吸附剂,废弃时也可破碎做土壤改良剂,没有环境负担.同样重要的是,它使碳得以大量固定(约172kg /m3),从Ifn有利十温室效应的抑制;
7)经济性好,能大批量生产。