一种高孔隙率多孔陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高孔隙率多孔陶瓷及其制备方法，包括1）发泡，往陶瓷浆料中添加占陶瓷浆料质量0.4～0.8%的发泡剂，搅拌得到陶瓷泡沫浆料；2）固化，往陶瓷泡沫浆料中添加占陶瓷粉体质量5～10%的硫铝酸盐水泥，搅拌均匀后倒入模具中静置固化；3）干燥，待湿坯完全固化后脱模，干燥；4）烧结，将多孔坯体置于高温烧结炉中进行烧结，得到高孔隙率多孔陶瓷。本发明专利技术利用机械搅拌直接发泡的方法制备的多孔陶瓷的孔隙率高达70-90%，既不需要有机模板也不需要添加造孔剂，减少了污染物的排放，对环境友好，而且工艺简单，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔陶瓷材料
，涉及。
技术介绍
多孔陶瓷由于具有低导热、低密度、高孔隙、耐高温和耐腐蚀等优异性能，被广泛 用于制备过滤膜、催化剂载体、燃烧器和保温材料等。多孔陶瓷的制备方法有很多，最常用 的方法有三种：添加造孔剂法、有机模板法和发泡法。 其中添加造孔剂法是制备多孔陶瓷最常用的一种方法，利用有机造孔剂在高温下 燃尽或者挥发而在陶瓷体中留下孔隙。这种方法工艺简单，孔隙率可调节，但是孔隙率一般 不会超过60%，而且制备过程中会产生大量的排放，污染环境。 有机模板法是另外一种比较常用的方法，制备的样品孔隙率较高，但是强度比较 低，而且在在烧结过程中需要牺牲有机模板排出大量有毒气体，污染环境。 发泡法是比较适合制备高孔隙率多孔陶瓷的方法，孔隙率一般可以大于70%，发泡 法一般会添加一些有机物在陶瓷浆料发泡后固化浆料，如发泡和凝胶注模法、发泡和淀粉 固化法等，这些有机物都会在烧结过程中燃烧或者挥发，污染环境。 所以，多孔陶瓷的目前常用的制备方法都会产生排放而污染环境。本专利技术针对这 个缺点，提出使用无机材料水泥为胶凝材料，利用发泡和水泥固化的方法制备高孔隙率多 孔陶瓷，不仅降低了成本还减少了排放，优化了高孔隙率多孔陶瓷的制备方法。
技术实现思路
针对现有工艺存在的问题，本专利技术提出一种环保的高孔隙率多孔陶瓷及其制备方 法。 本专利技术的制备方法主要包含4个步骤：发泡、固化、干燥和烧结，具体的操作步骤 如下： 1) 发泡 往陶瓷浆料中添加占陶瓷浆料质量0. 4?0. 8%的发泡剂，在转速不低于800转/分钟 条件下搅拌至少3分钟，得陶瓷泡沫浆料； 2) 固化 往陶瓷泡沫浆料中添加占陶瓷粉体质量5?10%的硫铝酸盐水泥，在转速不高于300 转/分钟条件下搅拌均匀，然后倒入模具中静置固化20?24小时后，得到湿坯； 3) 干燥 待湿坯完全固化后脱模，干燥得多孔坯体； 4)烧结 将多孔坯体置于高温烧结炉中进行烧结，得到高孔隙率多孔陶瓷。 优选的，所述步骤（1)中陶瓷浆料是指将陶瓷粉体加入水中进行搅拌混合，并对其 球磨至少24小时所得；所述陶瓷为氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷中的至少一种。 更优选的，所述氧化物陶瓷为氧化铝，氧化锆、二氧化硅、莫来石或堇青石等；所述 非氧化物陶瓷为氮化硅或碳化硅等。 所述步骤（1)中发泡剂为十-烧基硫酸纳或十-烧基苯横酸纳。 所述步骤（2)中硫铝酸盐水泥为双快硫铝酸盐水泥，其初凝时间在15分钟以内。 所述步骤（2)中模具为玻璃、不锈钢、硅胶或聚四氟乙烯制作的不渗水模具。 所述步骤（3)中干燥是指将脱模后的湿坯在室温下自然风干1?2天，再移入温 度60°C的烘箱中干燥20?24小时，最后在120°C的烘箱中干燥10?12小时，得到干燥的 多孔坯体。 所述步骤（4)中烧结条件为：先慢速升温到500°C并保温1?2小时，除去坯体中 残留的水分和少量有机物，再快速升温至最终烧结温度并保温2?4小时。 本专利技术的另一个专利技术目的是提供一种经上述制备方法制备的高孔隙率多孔陶瓷， 其孔隙率为70?90%。 本专利技术中陶瓷浆料是将陶瓷粉体加入水中进行搅拌混合，并对其球磨至少24 小时，配制成一定固相含量的陶瓷浆料，固相含量是根据实际需要来配制的，一般为 50-60wt%〇 本专利技术中还可根据实际情况在陶瓷浆料中添加少量的稳泡剂、分散剂和烧结助剂 来对陶瓷浆料进行改性，使之更能满足制备需要。其中稳泡剂如羧甲基纤维素钠等，分散剂 如柠檬酸三铵等，烧结助剂如氧化铝、氧化钇等。 本专利技术与其他现有技术相比，本专利技术的优势是： 1.本专利技术利用机械搅拌直接发泡的方法制备多孔陶瓷，既不需要有机模板也不需要 添加造孔剂，减少了有毒气体的排放，对环境友好。 2.本专利技术采用工业原料硫铝酸盐水泥为胶凝材料，其来源广泛，成本低廉，既降 低了生产成本也减少了有毒气体的排放，而且由于水泥添加量不超过粉体质量的10%，所以 其对多孔陶瓷的整体性能影响不大。 3.本专利技术的整个生产过程除了烧结均是在室温下进行，操作简单，设备要求低， 容易实现。 4.根据本专利技术的制备工艺，通过改变陶瓷浆料的固相含量和水泥的添加量可以 调节多孔陶瓷的孔隙率，从而满足各种需求；而且此方法适合各种陶瓷体系。 【附图说明】 图1为实施例1制成样品断面的扫描电子镜图。 【具体实施方式】 下面通过实施例对本专利技术作进一步地描述。 以下实施例中所用原料： 陶瓷原料莫来石粉为河南郑州市博亚耐火材料有限公司提供，碳化硅为淄博华盛碳化 硅有限责任公司提供，堇青石粉为登封科诺热陶瓷材料有限公司提供； 胶凝材料水泥为上海霞光建筑防水材料有限公司销售的双快硫铝酸盐水泥(初凝时间 10?15分钟）； 发泡剂十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠均为国药集团化学试剂有限公司提供； 水为市供自来水。 实施例1 (1) 将50g莫来石粉和水混合配制成固相含量为50wt%的浆料，球磨24小时得到稳定 的莫来石浆料IOOg ; (2) 往莫来石浆料中加入0. 4g十二烷基硫酸钠，在转速为800转/分钟条件下快速搅 拌3分钟； (3) 往泡沫浆料中添加2. 5g双快硫铝酸盐水泥，300转/分钟搅拌均匀后将其倒入硅 胶模具中静置固化24小时，得到湿坯； (4) 待湿坯完全固化后脱模，并在室温下自然风干2天，再移入温度60°C的烘箱中干燥 24小时，最后在120°C的烘箱中干燥12小时； (5) 将干燥的多孔坯体在高温烧结炉中烧结，先慢速升温到500°C并保温1小时，再快 速升温至IKKTC并保温2小时，冷却后得到莫来石多孔陶瓷。 本实施例制备的莫来石多孔陶瓷的断面扫描电子镜图如图1所示，从图1中可以 看出材料内部孔隙有两种形式的气孔，大孔由泡沫形成而孔壁上的小孔由有机物烧失留下 的。 实施例2 (1) 将60g莫来石粉和水混合配制成固相含量为60wt%的浆料，球磨24小时得到稳定 的莫来石浆料IOOg ; (2) 往莫来石浆料中加入占浆料质量0. 6g的十二烷基苯磺酸钠，在1000转/分钟条件 下快速搅拌4分钟； (3) 往泡沫浆料中添加占莫来石粉质量3g的双快硫铝酸盐水泥，280转/分钟搅拌均 匀后将泡沫浆料倒入硅胶模具中静置固化20小时，得到湿坯； (4) 待湿坯完全固化后脱模，并在室温下自然风干1. 5天，再移入温度60°C的烘箱中干 燥20小时，最后在120°C的烘箱中干燥10小时； (5) 将干燥的坯体在高温烧结炉中烧结，先慢速升温到500°C并保温2小时，再快速升 温至IKKTC并保温2小时，冷却后得到莫来石多孔陶瓷。 实施例3 (1) 将55g碳化硅粉和5g烧结助剂(氧化铝和氧化钇）混合后，加水配制成固相含量为 60wt%的浆料，球磨24小时得到稳定的陶瓷浆料IOOg ; (2) 往混合陶瓷浆料中加入占陶瓷浆料质量0. 8g的十二烷基硫酸钠，在900转/分钟 条件下快速搅拌5分钟； (3) 往泡沫浆料中添加占碳化硅粉质量5. 5g的双快硫铝酸盐水泥，250转/分钟搅拌 均匀后将泡沫浆料倒入聚四氟乙烯模具中静置固化24小时，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高孔隙率多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）发泡往陶瓷浆料中添加占陶瓷浆料质量0.4～0.8%的发泡剂，在转速不低于800转/分钟条件下搅拌至少3分钟，得陶瓷泡沫浆料；2）固化往陶瓷泡沫浆料中添加占陶瓷粉体质量5～10%的硫铝酸盐水泥，在转速不高于300转/分钟条件下搅拌均匀，然后倒入模具中静置固化20～24小时后，得到湿坯；3）干燥待湿坯完全固化后脱模，干燥得多孔坯体；4）烧结将多孔坯体置于高温烧结炉中进行烧结，得到高孔隙率多孔陶瓷。

【技术特征摘要】
1. 一种高孔隙率多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤： 1) 发泡 往陶瓷浆料中添加占陶瓷浆料质量0. 4?0. 8%的发泡剂，在转速不低于800转/分钟 条件下搅拌至少3分钟，得陶瓷泡沫浆料； 2) 固化 往陶瓷泡沫浆料中添加占陶瓷粉体质量5?10%的硫铝酸盐水泥，在转速不高于300 转/分钟条件下搅拌均匀，然后倒入模具中静置固化20?24小时后，得到湿坯； 3) 干燥 待湿坯完全固化后脱模，干燥得多孔坯体； 4) 烧结 将多孔坯体置于高温烧结炉中进行烧结，得到高孔隙率多孔陶瓷。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1)中陶瓷浆料是指将陶瓷 粉体加入水中进行搅拌混合，并对其球磨至少20小时所得；所述陶瓷为氧化物陶瓷、非氧 化物陶瓷中的至少一种。3. 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述氧化物陶瓷为氧化铝，氧化锆、 二氧化硅、莫来石或堇青石；所述非氧化物陶瓷为氮化硅或碳化硅。4. 根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚伦伦，程旭东，陆松，李晔，冯俊杰，曹卫，
申请(专利权)人：中国科学技术大学先进技术研究院，合肥科斯孚安全科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34