一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷及其制备方法，包括以下步骤：将多相氧化锆粉体、空心氧化铝球粉体、二氧化硅溶胶和酸改性处理的纳米碳纤维混合，在滚球球磨机中球磨处理，得到混合浆料；将混合浆料加入粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至3‑9.5，机械搅拌进行发泡，然后在石膏板上注模，干燥得到干燥的坯料；将坯料在1300‑1650℃烧结2h，得到多孔氧化锆陶瓷；将多孔氧化锆陶瓷浸渍于30％的纳米二氧化硅溶胶中2min，再置于负压真空环境中5min，在密闭环境中20℃下干燥24h，然后在400℃下热处理30min，升温至1000℃热处理，得到二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷及其制备方法
本专利技术属于氧化锆陶瓷材料
，具体涉及一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷及其制备方法。
技术介绍
常温下的氧化锆存在三种晶型：单斜氧化锆、四方氧化锆以及立方氧化锆，近年来，氧化锆增韧陶瓷的研究和应用发展迅速，主要分三种类型：部分稳定氧化锆陶瓷、四方氧化锆多晶体陶瓷以及氧化锆增韧陶瓷。氧化锆陶瓷中加入适量氧化铱或者氧化铬稳定剂后，可以使四方相氧化锆以亚稳定状态稳定保存到室温，即四方氧化锆多晶体陶瓷。氧化铱稳定的四方氧化锆具有高强度、高韧性、耐腐蚀、耐高温、无磁性、不导电以及耐磨等性能，在热障涂层、耐火材料、纺织、传感器等多种领域有很好的应用。随着新材料和电子工业的迅速发展，基于氧化锆的多结构多功能的陶瓷也发展迅速。中国专利CN104876613A公开的一种高强碳纤维增强氧化锆陶瓷基复合材料及其制备方法，将氧化锆、二硅化钼、氧化坦和氧化钇球磨后，加入丙烯酸2-3羟基乙酯、叔丁基过氧化氢、壳聚糖、羧甲基纤维素钠和改性高弹碳纤维，继续球磨，再加入二乙胺基丙胺搅拌，干燥，脱模，自然干燥烧结得到高强碳纤维增强氧化锆陶瓷基复合材料，该陶瓷基复合材料中氧化锆为四方相，稳定性好，扩大了氧化锆的应用范围。中国专利CN1259281C公开的氮化硅-氮化硼-二氧化硅陶瓷透波材料及其制备方法，将亚微米高纯氮化硅、氮化硼、氧化锆和纳米二氧化硅粉体金超声波和化学分散混合均匀，采用冷等静压成型方法成型，在氮气氛围下高温烧结得到陶瓷材料，盖陶瓷材料的室温抗弯强度为99-286Mpa，弹性模量为99-200GPa，耐温性和耐腐蚀性，透波率高。由上述现有技术可知，氧化锆的稳定性对氧化锆陶瓷的性能影响较大，且纳米二氧化硅和纳米碳纤维的存在都可以不同程度提高陶瓷的力学性能，但是目前针对多孔氧化锆的在保证高气孔率的前提下提高材料的力学强度仍不能很好的解决。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷及其制备方法，将多相氧化锆、空心氧化铝球、二氧化硅溶胶、酸改性处理的纳米碳纤维作为主要原料，经粉体疏水化修饰剂同时改性后形成部分闭合的多孔氧化锆陶瓷，然后再对多孔氧化锆陶瓷进行二氧化硅溶胶表面改性处理，得到具有闭孔结构的多孔氧化锆陶瓷，本专利技术制备的多孔氧化锆陶瓷孔隙率高，抗压性能好。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷，该二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷包括多相氧化锆、空心氧化铝球、二氧化硅溶胶、酸改性处理的纳米碳纤维和粉体疏水化修饰剂，所述多相氧化锆为氧化铱稳定的四方氧化锆，所述粉体疏水化修饰剂为癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠，所述二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷为闭孔的多孔结构。本专利技术还提供一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将粒径为50nm-5μm的多相氧化锆粉体、粒径为50nm-5μm的空心氧化铝球粉体和粒径为15-30nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨1-6h，得到总固含量为7-45％的混合浆料；(2)将步骤(1)制备的混合浆料加入用量为浆料总量0.006-0.8wt％的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至3-9.5，在1600-1900rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，干燥得到干燥的坯料；(3)将步骤(2)制备的坯料以5℃/min的速率升温至1300-1650℃，烧结2h，得到多孔氧化锆陶瓷；(4)将步骤(3)制备的多孔氧化锆陶瓷浸渍于30％的纳米二氧化硅溶胶中2min，再置于负压真空环境中5min，在密闭环境中20℃下干燥24h，然后在400℃下热处理30min，升温至1000℃热处理，得到二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中混合浆料中还含有酸改性处理的纳米碳纤维，所述酸改性处理的纳米碳纤维的直径为50-200nm，长度为1-2mm，所述酸改性处理的纳米碳纤维的用量占混合浆料总质量的1-1.5％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中多相氧化锆粉体为氧化铱稳定的四方氧化锆粉末。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中多相氧化锆粉体的制备方法为：将氧氯化铬溶液中缓慢滴加草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中，再浸入氧化铱前驱体溶液中，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h得到多相氧化锆粉体。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中混合浆料中的组分，按重量百分比计，包括多相氧化锆粉体1-10％、空心氧化铝粉体5-35％、二氧化硅溶胶0.2-0.5％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中粉体疏水化修饰剂为癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中粉体疏水化修饰剂为癸酸时，pH值为4.5-5.5。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中干燥方法为在石膏板上常温常压干燥、在40-70℃烘箱中干燥或者间歇式微波干燥，优选为在石膏板上常温常压干燥。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷的孔隙率不低于85％，抗压强度是相同孔隙率下的氧化铝多孔陶瓷抗压强度的1.9倍以上，导热系数不高于0.08W/K·m。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(2)本专利技术制备的二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷的主要原料为氧化锆、氧化铝、二氧化硅和纳米碳纤维，氧化钇稳定的氧化锆具有优异的力学强度、耐腐蚀、耐高温、热导率也很低，纳米碳纤维可以在烧结中保持纤维状，使陶瓷中既有微观多孔结构又有致密的纤维结构，在不影响孔隙率的基础上，进一步提高多孔陶瓷的抗压强度，将二氧化硅溶胶与氧化锆、氧化铝和纳米碳纤维一起制备浆料，二氧化硅均匀分布于多孔陶瓷的开口，使多孔陶瓷形成部分闭孔的结构，进一步提高多孔陶瓷的抗压强度，而且在多孔氧化锆陶瓷的表面进行二氧化硅整理，通过溶胶-凝胶法在多孔氧化锆陶瓷基底表面倒入硅元素，通过热处理在涂层微结构形成硅氧键，使氧化锆与二氧化硅镶嵌的致密结构层，使多孔氧化锆陶瓷形成闭孔的多孔结构，在保证高孔隙率的基础上，提高多孔氧化锆陶瓷的抗压强度。(2)本专利技术制备的二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷采用少量粉体疏水化修饰剂作为改性剂，通过调剂pH值同时对氧化锆、氧化铝和纳米碳纤维进行表面疏水化改性修饰，经球磨处理后得到超稳定的陶瓷颗粒泡沫浆料，制备方法简单，省去了凝胶、排胶的工序，而且粉体疏水化修饰剂的使用量少，降低了成本。(3)本专利技术制备的二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷在氧化锆陶瓷的内部和表面都含有硅元素，在氧化锆陶瓷的内部和表面形成稳定硅氧键，在不影响多孔陶瓷孔隙率的基础上，提高多孔陶瓷的机械强度，并且制备的多孔陶瓷中还含有碳纤维，碳纤维作为骨料形成致密的纤维结构，进一步提高多孔陶瓷的机械强度，因此本专利技术制备的多孔氧化锆陶瓷的密度小、导热系数低，气孔率高，保温性能优异，尺寸成型性好，尺寸和孔隙率的可操控性强，机械强度好，具有十分优异的保温耐火性能，表面还有硅氧键，有利于扩大多孔氧化锆陶瓷的应用领域，而且制备工艺简单，生产环节不产生有毒有害物质，绿色环保高效，适合于工业大范围生产，经济效益好本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷，其特征在于：所述二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷包括多相氧化锆、空心氧化铝球、二氧化硅溶胶、酸改性处理的纳米碳纤维和粉体疏水化修饰剂，所述多相氧化锆为氧化铱稳定的四方氧化锆，所述粉体疏水化修饰剂为癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠，所述二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷为闭孔的多孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷，其特征在于：所述二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷包括多相氧化锆、空心氧化铝球、二氧化硅溶胶、酸改性处理的纳米碳纤维和粉体疏水化修饰剂，所述多相氧化锆为氧化铱稳定的四方氧化锆，所述粉体疏水化修饰剂为癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠，所述二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷为闭孔的多孔结构。2.一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将粒径为50nm-5μm的多相氧化锆粉体、粒径为50nm-5μm的空心氧化铝球粉体和粒径为15-30nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨1-6h，得到总固含量为7-45％的混合浆料；(2)将步骤(1)制备的混合浆料加入用量为浆料总量0.006-0.8wt％的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至3-9.5，在1600-1900rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，干燥得到干燥的坯料；(3)将步骤(2)制备的坯料以5℃/min的速率升温至1300-1650℃，烧结2h，得到多孔氧化锆陶瓷；(4)将步骤(3)制备的多孔氧化锆陶瓷浸渍于30％的纳米二氧化硅溶胶中2min，再置于负压真空环境中5min，在密闭环境中20℃下干燥24h，然后在400℃下热处理30min，升温至1000℃热处理，得到二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷。3.根据权利要求1所述的一种二氧化硅改性的多孔氧化锆陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中混合浆料中还含有酸改性处理的纳米碳纤维，所述酸改性处理的纳米碳纤维的直径为50-200nm，长度为1-2mm，所述酸改性处理的纳米碳纤维的用量占混合浆料总质量的1-1.5％。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海燕，
申请(专利权)人：东莞市佳乾新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44