一种制备高气孔率多孔陶瓷材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，按重量份数计，由以下重量份数的原料烧结制得，水基溶液为44.4～76.5份，陶瓷粉体10～30份，分散剂为0.1～1份，造孔剂1～8份，陶瓷纤维1～6份，引发剂1～5份。本发明专利技术以水基凝胶注模成型法为基础，在水基溶液中添加造孔剂和陶瓷纤维，其中陶瓷纤维形成支撑骨架，减少烧结时原料的收缩及开裂，造孔剂形成介孔‑大孔复合结构，进而获得具有介孔‑大孔复合结构的高气孔率多孔陶瓷材料。

【技术实现步骤摘要】
一种制备高气孔率多孔陶瓷材料的方法
本专利技术涉及一种制备高气孔率多孔陶瓷材料的方法，通过该方法可以得到气孔率大于70％的多孔陶瓷材料，属于陶瓷材料制备

技术介绍
多孔陶瓷材料具有力学性能好、热导率小、耐高温、耐腐蚀等优点，是作为隔热的理想材料。而有些特殊的使用场景，例如航天领域，由于严苛的环境，就需要隔热效果更好的多孔陶瓷材料，即需要多孔陶瓷材料气孔率更高，要求多孔陶瓷材料气孔率达到70％以上。目前，在制备多孔陶瓷材料的多种方法中，凝胶注模法是制取50％以上气孔率的多孔陶瓷材料的最佳方法。其中，凝胶注模法根据溶剂不同可分为非水系和水系两种形式。若溶剂是有机溶剂(例如以叔丁醇作为溶剂)，则此方法成为非水基凝胶注模成型法；若溶剂是水，则此方法称为水基凝胶注模成型法。其中，非水基凝胶注模成型法由于溶剂成本高、溶剂污染环境等问题，逐渐淘汰。而采用水基凝胶注模成型法制备高气孔率多孔陶瓷材料时，会产生以下问题：1、由于制备高气孔率的多孔陶瓷材料，就有大量溶剂需要排除，这就导致固相含量低，在多孔陶瓷材料湿坯干燥时会发生坯体收缩、开裂。2、由于制备高气孔率的多孔陶瓷材料，在烧结时多孔陶瓷材料的坯体会出现坯体过度收缩、开裂，不能有效保持气孔率。因此使用水基凝胶注模成型法难以获得气孔率大于70％的高气孔率的多孔陶瓷材料，所以迫切需要一种方法来解决使用水基凝胶注模成型法难以获得气孔率大于70％的高气孔率的多孔陶瓷材料这个问题。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面涉及一种高气孔率多孔陶瓷材料，按重量份数计，由以下重量份数的原料烧结制得，水基溶液为44.4～76.5份，陶瓷粉体10～30份，分散剂为0.1～1份，造孔剂1～8份，陶瓷纤维1～6份，引发剂1～5份。进一步的，所述水基溶液包括水，有机单体，交联剂，其中，按重量份数计，所述水，有机单体，交联剂的混合比例为：水为40～60份，有机单体为4～15份，交联剂为0.4～1.5份。进一步的，烧结制得的所述多孔陶瓷材料，气孔率大于70％，体积密度小于1.4g/cm-3，压缩强度大于5MPa；经闪光法测试材料导热系数，多孔陶瓷材料导热系数小于0.1W/m·k；多孔陶瓷材料具有介孔-大孔复合结构，多孔陶瓷材料尺寸大于80×80mm或直径＞80mm。相比于现有技术，本专利技术具有的优点和有益效果，本专利技术以水基凝胶注模成型法为基础，在水基溶液中添加造孔剂和陶瓷纤维，其中陶瓷纤维形成支撑骨架，减少烧结时原料的收缩及开裂，造孔剂形成介孔-大孔复合结构，进而获得具有介孔-大孔复合结构的高气孔率多孔陶瓷材料。进一步的，所述造孔剂为PMMA微球，微球粒径为D50为10-50μm。进一步的，所述引发剂包括硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种。进一步的，所述陶瓷纤维为氧化铝纤维或氮化硼纤维，纤维直径为0.5-5μm，纤维长度2-20μm。进一步的，所述有机单体包括丙烯酰胺，N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。进一步的，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚甲基丙烯酸，蓖麻油中的一种或多种。进一步的，所述陶瓷粉体为Y2O3稳定的四方相，优选为，ZrO2粉体、Al2O3粉体。进一步的，所述原料中可以添加催化剂，所述催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺，其中催化剂按重量份数计为0.02～1份。采用上述进一步技术方案的优点和有益效果在于，本专利技术添加造孔剂及陶瓷纤维，其中造孔剂及陶瓷纤维会产生空间占位效应，阻碍水基凝胶注模成型法中原料因固相含量低而导致的烧结收缩，同时陶瓷纤维的骨架、桥联等作用可减少原料开裂等缺陷的产生。通过造孔剂及陶瓷纤维在原料烧结的作用，显著提高了多孔陶瓷材料的气孔率并大幅度降低了多孔陶瓷材料变形、开裂等缺陷的发生。同时本专利技术采用的PMMA微球，在排胶环节会裂解排除，经烧结后会形成大孔-介孔结构。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备高气孔率多孔陶瓷材料的方法，包括以下步骤：S1、将水基溶液，陶瓷粉体，分散剂，造孔剂，陶瓷纤维混合研磨形成预混液；S2、向所述预混液中加入引发剂，注入模具形成湿坯；S3、将所述湿坯脱模，烧结得到气孔率大于70％的多孔陶瓷材料；其中，按重量份数计，所述预混液的混合比例为：水基溶液为44.4～76.5份，陶瓷粉体10～30份，分散剂为0.1～1份，造孔剂1～8份，陶瓷纤维1～6份，引发剂1～5份。进一步的，所述研磨为球磨，所述球磨时间为12-24h；所述球磨处理使用的球磨罐为尼龙或氧化铝球磨罐；球磨球为玛瑙球或氮化硅球或聚氨酯球；球磨转速为50-200转/分钟。进一步的，所述水基溶液，陶瓷粉体和分散剂先进行一次球磨处理，球磨处理结束后加入造孔剂和陶瓷纤维，再进行一次球磨处理，两次球磨处理结束后，进行步骤S2。进一步的，步骤S2可加入催化剂，所述催化剂为N,N,N',N'-四甲基乙二胺，其中催化剂按重量份数计为0.02～1份。进一步的，所述水基溶液包括水，有机单体，交联剂，其中，按质量份数计，所述水基溶液的混合比例为：水为40～60份，有机单体为4～15份，交联剂为0.4～1.5份。进一步的，所述水优选为去离子水。进一步的，所述造孔剂为PMMA微球，微球粒径为D50为10-50μm。进一步的，所述引发剂包括硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种。进一步的，所述陶瓷纤维为氧化铝纤维或氮化硼纤维，纤维直径为0.5-5μm，纤维长度2-20μm，。进一步的，所述有机单体包括丙烯酰胺，N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。进一步的，所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺。进一步的，所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚甲基丙烯酸，蓖麻油中的一种或多种。进一步的，所述陶瓷粉体为Y2O3稳定的四方相，优先为，ZrO2粉体、Al2O3粉体。进一步的，所述预混液的陶瓷粉体的固相体积含量为5-25％。进一步的，所述模具涂有脱模剂，所述模具为聚四氟乙烯模具或聚丙烯模具，所述脱模剂为凡士林、硅油和甲基硅油中的一种或多种进一步的，所述湿坯脱模，烧结分为三个阶段：(1)预处理：所述湿坯水浴固化脱模，其中，水浴的温度为40-80℃，时间为30-120min；(2)预烧结：所述湿坯低温烧结，温度为30-50℃，时间24-80h；或所述湿坯冷冻干燥，真空干燥，其中所述冷冻干燥温度为-80～-40℃，时间8-12h；所述真空干燥为抽真空至10pa以下，时间24-120h；(3)烧结：所述湿坯烧结，以0.2℃-0.5℃/min的升温速率升温至450-600℃排胶60-180分钟，然后以5℃-10℃/min的升温速率升温至1200-1600℃，保持60-180分钟。相比于现有技术，本专利技术具有的优点和有益效果，本专利技术以水基凝胶注模成型法为基础，在原浆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，按重量份数计，由以下重量份数的原料烧结制得，水基溶液为44.4～76.5份，陶瓷粉体10～30份，分散剂为0.1～1份，造孔剂1～8份，陶瓷纤维1～6份，引发剂1～5份。/n

【技术特征摘要】
1.一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，按重量份数计，由以下重量份数的原料烧结制得，水基溶液为44.4～76.5份，陶瓷粉体10～30份，分散剂为0.1～1份，造孔剂1～8份，陶瓷纤维1～6份，引发剂1～5份。


2.如权利要求1所述的一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，所述水基溶液包括水，有机单体，交联剂，
其中，按重量份数计，所述水，有机单体，交联剂的混合比例为：水为40～60份，有机单体为4～15份，交联剂为0.4～1.5份。


3.如权利要求1所述的一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，烧结制得的所述多孔陶瓷材料，气孔率大于70％，体积密度小于1.4g/cm-3，压缩强度大于5MPa；经闪光法测试材料导热系数，多孔陶瓷材料导热系数小于0.1W/m·k；多孔陶瓷材料具有介孔-大孔复合结构。


4.如权利要求1所述的一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，所述造孔剂为PMMA微球，微球粒径为D50为10-50μm；所述引发剂包括硫酸铵、过硫酸钠和过硫酸钾中的一种或多种。


5.如权利要求1所述的一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，所述陶瓷纤维为氧化铝纤维或氮化硼纤维，纤维直径为0.5-5μm，纤维长度2-20μm。


6.如权利要求2所述的一种高气孔率多孔陶瓷材料，其特征在于，所述有机单体包括丙烯酰胺，N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种；所述交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺；所述分散剂为聚丙烯酸铵，聚甲基丙烯酸，蓖麻油中的一种或多种。


7.一种制备高气孔率多孔陶瓷材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将水基溶液，陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彧，韦中华，童亚琦，张伟儒，陈波，李镔，王子诚，
申请(专利权)人：北京中材人工晶体研究院有限公司，中材高新氮化物陶瓷有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11