一种Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法，先将氧化铝微粉和硅溶胶混匀均匀，制得浆体Ⅰ；将氧化锆微粉、氧化铝微粉、添加剂、木质磺酸铵、聚羧酸盐、辛醇和水混均匀，制得浆体Ⅱ，真空条件下将聚氨酯海绵浸渍于浆体Ⅰ中，采用压缩空气喷吹或离心甩浆得到Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷预制生坯；用浆体Ⅱ对Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷预制生坯进行真空浸渍，压缩空气喷吹或离心甩浆并烘烤得到Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷坯体；在一定条件下保温得Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷。本发明专利技术工艺简单、成本低，所制备的泡沫陶瓷机械强度高、热震稳定性好，用于金属液净化中具有良好的吸附性、机械阻拦性。

A Al2O3 ZrO2 based foam ceramics and preparation method thereof

The present invention relates to a Al2O3 ZrO2 based foam ceramics and its preparation method, the alumina and silica sol mixed evenly, prepared slurry I; zirconia powder, alumina powder, additives, lignin sulfonic acid ammonium, polycarboxylate, octanol and water mixing evenly, prepared slurry II, will a polyurethane sponge dipped in paste of under vacuum conditions, the use of compressed air blowing or centrifugal slurry Al2O3 ZrO2 ceramic foam prefabricated green compact; vacuum impregnation on the Al2O3 ZrO2 ceramic foam prefabricated green body by slurry II, compressed air blowing or centrifugal slurry and baking Al2O3 ZrO2 foam the ceramic body; under certain conditions, the Al2O3 ZrO2 insulation foam ceramic. The invention has the advantages of simple process and low cost. The prepared foam ceramic has high mechanical strength and good thermal shock stability. It has good adsorption and mechanical barrier properties for metal liquid purification.

【技术实现步骤摘要】
一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及泡沫陶瓷
，具体涉及一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法。
技术介绍
随着科学技术的快速发展，工业化和装备制造业对于金属材料的质量和纯度要求越来越苛刻。泡沫陶瓷因其具有独特的三维连通曲孔网状骨架结构，使其具有高达80～90％的开气孔率，并通过多种过滤净化机制：整流浮渣、机械拦截和深层吸附等，可有效的过滤金属液中的大块夹杂物和微小悬浮夹杂物，因此泡沫陶瓷被广泛的应用于过滤和净化金属液。但是，有机泡沫浸渍法所制备的泡沫陶瓷由于在煅烧过程中聚氨酯分解形成了中空孔筋以及在陶瓷基孔筋表面产生大量的缺陷，至使泡沫陶瓷的力学性能、热震稳定性能和对微小悬浮夹杂物吸附能力差。氧化锆自身具有相变增韧能力以及氧化铝所具有高的弹性模量和强度赋予了Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷良好的力学性能。然而Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷在高温和金属熔液长期冲刷环境下造成泡沫陶瓷内部的中空孔筋顶端以及孔筋表面残留的缺陷处应力集中，导致泡沫陶瓷结构体被破坏，降低了Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷使用寿命，并且削弱了Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷对金属液的过滤和净化的作用。目前技术人员为提升泡沫陶瓷的力学性能和吸附能力等问题进行了深入的研究和技术开发：“一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(ZL201210115537)的专利技术，公开了一种以氧化锆38～42％，纳米氧化锆28～32％，纳米金属锆8～12％，氧化钇0.5～1.5％，氧化钙0.5～1.5％，氧化镁0.5～1.5％，氧化铝0.1～0.5％，羧甲基纤维素0.2～0.8％，聚乙烯醇0.5～1.5％，水8～11％，将氧化锆、纳米氧化锆、纳米金属锆和氧化钇、氧化钙、氧化镁和氧化铝进行球磨混合，在于羧甲基纤维素、聚乙烯醇及水均匀搅拌，通过上浆、干燥并装入高温氮化炉氮化烧成制备氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器。该方法在一定程度上提升了氧化锆泡沫陶瓷的高温强度和热震稳定性，但其主要缺陷是：(1)原材料成本较高；(2)设备要求较苛刻；(3)未对泡沫塑料分解后产生的中空孔筋进行修缮，因此降低材料的抗热冲击能力；(4)并未提升氧化锆泡沫陶瓷对金属熔液净化和过滤的能力。“氧化锆质泡沫陶瓷过滤器”(ZL200710139288)的专利技术，公开了一种以氧化锆、氧化铝、氧化钙、氧化钇组成陶瓷粉末，再加入甲基纤维素、聚乙烯醇和水制备浆料，以软质聚氨酯泡沫塑料为载体制备氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。该方法在一定程度上提升了氧化锆泡沫陶瓷过滤器的耐高温和耐热冲击性能。但其主要缺陷是：(1)未改善氧化锆泡沫陶瓷过滤器净化金属熔液的能力；(2)未加消泡剂；(3)聚氨酯泡沫塑料烧失后产生的中空孔筋处易产生应力集中，降低材料的力学性能。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法，用该方法制备的Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷强度高、抗热震性能好并对金属液净化具有良好的吸附性、机械阻拦性。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供的技术方案是：一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷，其制备步骤如下：步骤一、将100份质量的氧化铝微粉和50～130份质量的硅溶胶放入搅拌器中，搅拌20～30min，制得浆体Ⅰ；步骤二、将55～80份质量的氧化锆微粉、20～45份质量的氧化铝微粉，外加5～8份质量的添加剂混合，得混合粉Ⅰ，再向混合粉Ⅰ中加入0.1～0.6份质量的聚羧酸盐、0.3～2份质量的木质素磺酸铵、0.1～0.5份质量的辛醇和22～47份质量的水，机械球磨1～3h，制得浆体Ⅱ；步骤三、将聚氨酯海绵在真空条件下浸入浆体Ⅰ中，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，经自然干燥12～24h得到预制生坯，再用浆体Ⅱ对预制生坯进行真空浸渍，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，自然干燥，在70～100℃条件下烘烤12～24h得到Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷坯体；步骤四、将所述的Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷坯体置入高温炉内，于空气气氛下，以1～2℃/min的速度升温至200℃，再以1℃/min的速率升温至680℃，然后以2～3℃/min的速度升至1350～1750℃，保温2～5h，在随炉冷却至室温，即得到Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷。所述的氧化铝微粉的平均粒度≤7μm。所述的硅溶胶浓度为8～20wt％。所述的添加剂为氧化钇微粉、氧化钙微粉或氧化镁微粉中的一种或多种的混合，其中氧化钇微粉、氧化钙微粉和氧化镁微粉平均粒径≤25μm。所述的氧化锆微粉平均粒度≤45μm。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术先将氧化铝微粉和硅溶胶混匀均匀，制得浆体Ⅰ；将氧化锆微粉、氧化铝微粉、添加剂、木质磺酸铵、聚羧酸盐、辛醇和水混均匀，制得浆体Ⅱ。再在真空条件下将聚氨酯海绵浸渍于浆体Ⅰ中，采用压缩空气喷吹或者离心甩浆，自然干燥12～24h，得到Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷预制生坯；然后用浆体Ⅱ对Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷预制生坯进行真空浸渍，压缩空气喷吹或者离心甩浆，自然干燥，在70～100℃条件下烘烤12～24h得到Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷坯体；最后在空气气氛和1350～1750℃条件下保温2～5h，即得Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷。本专利技术所制备的Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷是基于高温空气气氛条件下的原位反应烧结，不涉及特殊的喷涂工艺和保护气氛，故工艺简单和成本较低。本专利技术采用真空浸渍和原位烧结反应技术。通过真空浸渍技术将浆料Ⅰ、Ⅱ依次涂覆至聚氨酯海绵表面，可使浆料均匀涂在基体表面。在高温空气气氛下，Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷发生反应烧结，并且浆体Ⅰ原位反应生成莫来石晶须和晶柱填充于聚氨酯挥发所形成的孔洞，一方面在泡沫陶瓷基体中起到增强和增韧的作用，另一方面当金属液从中空孔筋流过增加泡沫陶瓷基体对微小悬浮夹杂物的吸附能力，提升金属材料的质量和纯净度。本专利技术制备的Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷，经检测：常温耐压强度为1.5～3.5MPa；水冷循环次数为10～20次；过滤金属铜液后金属液杂质含量降低85～96％；抗碱溶液冲刷侵蚀15～20h后试样的耐压强度为1.37～3.38MPa。因此，本专利技术制备的Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷的强度高、热震稳定性好、吸附能力强和优异的抗侵蚀冲刷能力。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及的技术参数统一描述如下，实施例中将不赘述：所述的氧化铝微粉的平均粒度≤7μm；所述的氧化钇微粉、氧化钙微粉和氧化镁微粉平均粒径≤25μm；所述的氧化锆微粉平均粒度≤45μm。实施例1一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法，所述制备方法的步骤是：步骤一、将100份质量的氧化铝微粉和50～80份质量浓度为16～20wt％的硅溶胶放入搅拌器中，搅拌20～30min，制得浆体Ⅰ；步骤二、将55～64份质量的氧化锆微粉、36～45份质量的氧化铝微粉，外加5～6.7份质量的氧化钇粉体混合，得混合粉Ⅰ，再向混合粉Ⅰ中加入0.1～0.6份质量的聚羧酸盐、0.3～2份质量的木质素磺酸铵、0.1～0.5份质量的辛醇和22～47份质量的水，机械球磨1～3h，制得浆体Ⅱ；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷，其特征在于：制备步骤如下：步骤一、将100份质量的氧化铝微粉和50～130份质量的硅溶胶放入搅拌器中，搅拌20～30min，制得浆体Ⅰ；步骤二、将55～80份质量的氧化锆微粉、20～45份质量的氧化铝微粉，外加5～8份质量的添加剂混合，得混合粉Ⅰ，再向混合粉Ⅰ中加入0.1～0.6份质量的聚羧酸盐、0.3～2份质量的木质素磺酸铵、0.1～0.5份质量的辛醇和22～47份质量的水，机械球磨1～3h，制得浆体Ⅱ；步骤三、将聚氨酯海绵在真空条件下浸入浆体Ⅰ中，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，经自然干燥12～24h得到预制生坯，再用浆体Ⅱ对预制生坯进行真空浸渍，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，自然干燥，在70～100℃条件下烘烤12～24h得到Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷坯体；步骤四、将所述的Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷坯体置入高温炉内，于空气气氛下，以1～2℃/min的速度升温至200℃，再以1℃/min的速率升温至680℃，然后以2～3℃/min的速度升至1350～1750℃，保温2～5h，在随炉冷却至室温，即得到Al2O3‑ZrO2基泡沫陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷，其特征在于：制备步骤如下：步骤一、将100份质量的氧化铝微粉和50～130份质量的硅溶胶放入搅拌器中，搅拌20～30min，制得浆体Ⅰ；步骤二、将55～80份质量的氧化锆微粉、20～45份质量的氧化铝微粉，外加5～8份质量的添加剂混合，得混合粉Ⅰ，再向混合粉Ⅰ中加入0.1～0.6份质量的聚羧酸盐、0.3～2份质量的木质素磺酸铵、0.1～0.5份质量的辛醇和22～47份质量的水，机械球磨1～3h，制得浆体Ⅱ；步骤三、将聚氨酯海绵在真空条件下浸入浆体Ⅰ中，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，经自然干燥12～24h得到预制生坯，再用浆体Ⅱ对预制生坯进行真空浸渍，浸渍后压缩空气喷吹或者离心甩浆，自然干燥，在70～100℃条件下烘烤12～24h得到Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷坯体；步骤四、将所述的Al2O3-ZrO...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾文宝，陈若愚，黑大千，汪瑜凡，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32