一种具有球形孔结构多孔介电陶瓷的快速成型制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多孔介电陶瓷的制备方法，包括如下步骤：（1）制备多孔陶瓷所需水包油型乳状液：以水为溶剂，分别加入减水剂、乳化剂以及油相，充分搅拌均匀备用；（2）制备陶瓷悬浮液及胚体：将具有一定配比的高介电常数氧化物陶瓷粉体与水泥加入到上述乳状液中，经充分搅拌制得悬浮液，将其倒入相应模具，经固化后得到陶瓷胚体；（3）干燥及烧结：将陶瓷胚体在常温下静置养护，在80~120

【技术实现步骤摘要】
一种具有球形孔结构多孔介电陶瓷的快速成型制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多孔介电陶瓷的制备方法。

技术介绍

[0002]多孔钛酸钡陶瓷是一种无铅铁电压电陶瓷材料，其具有较高的介电常数、压电系数，具有一定的机械强度和较小的介电损耗，可用于制备陶瓷电容器、微波陶瓷、热敏电阻器以及低温共烧陶瓷等。而通过其具有多孔结构的特点亦可使其用于过滤与分离材料、传感器件材料、声纳检测材料等领域。
[0003]目前常用以下五种方法制备多孔陶瓷：（1）相转化法；（2）牺牲模板法；（3）复制模板法；（4）直接发泡法；（5）3D打印法。在制备多孔铁电陶瓷时多采用高分子材料与有机溶剂为造孔剂和胚体固化剂，使得在煅烧过程中容易释放有害气体，污染环境；亦存在制备工艺较为复杂；孔径难以调节，孔分布不均匀；所制备的陶瓷介电压电性能无法连续调节等缺点。
[0004]中国专利公开号CN111559918A公开了一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法，包括：（1）将水、油相和表面活性剂混合，得到水包油乳液，（2）在所得水包油乳液中加入陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂和粘结剂，混合后得到陶瓷浆料；（3）将所得陶瓷浆料经真空脱气后倒入模具中进行冷冻固化和冷冻干燥，得到所述多孔陶瓷坯体。该方法制备的陶瓷胚体是陶瓷浆料经冷冻固化和冷冻干燥后得到，因此所制得的孔是扭曲的树枝状孔洞，不但不够美观，而且强度低，另外，因为使用了含碳元素的粘结剂（如淀粉等），在烧结过程中会形成还原环境，在陶瓷中留下黑色残留物，使制得的多孔介电陶瓷成为半导体。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题使提供一种新型多孔介电陶瓷的快速成型制备方法，解决上述目前制备多孔陶瓷工艺过程中的缺点。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的方案是：一种具有球形孔结构多孔介电陶瓷的快速成型制备方法，包括如下步骤：（1）制备多孔陶瓷所需水包油型乳状液：以水为溶剂，分别加入减水剂、乳化剂以及油相，充分搅拌均匀备用；（2）制备陶瓷悬浮液及胚体：将具有一定配比的高介电常数氧化物陶瓷粉体与水泥加入到上述乳状液中，经充分搅拌制得悬浮液，将其倒入相应模具，经固化后得到陶瓷胚体；（3）干燥及烧结：将陶瓷胚体在常温下静置养护，在80~120
°
C下干燥4~20小时后，在850~1380
°
C烧结2
‑
4小时制得具有球形孔结构多孔陶瓷；其中，步骤（1）所述水的加入量为陶瓷粉体重量的19~25%，减水剂用量为高介电常数氧化物陶瓷粉体和水泥总重量的0.05~0.2%，乳化剂与油相的体积比为10~30：1，油相与高介电常数氧化物陶瓷粉体的比例为1~2mL：2g；步骤（2）所述的高介电常数氧化物陶瓷粉体与水泥的重量比为8~25：1。
[0007]优选的，所述高介电常数氧化物陶瓷粉体的介电常数为3000
‑
50000。
[0008]优选的，所述高介电常数氧化物陶瓷粉体包括钛酸钡、锆钛酸铅、钛酸铋钠、铁酸铋、铌酸钾钠、钛酸铜钙中的任意一种。
[0009]优选的，所述的减水剂为三聚六偏、氨基高效减水剂、聚羧酸高效减水剂、阴离子石蜡微乳化剂中的任意一种。
[0010]优选的，所述的乳化剂为吐温、非离子石蜡微乳化剂、阳离子石蜡微乳化剂中的任意一种。
[0011]优选的，所述的油相为正辛烷、甘油酯、脂肪醇中的任意一种。
[0012]优选的，所述的水泥为铝酸盐secar68、铝酸盐secar71、铝酸盐secar80中的任意一种。专利技术人发现，其它类型的水泥，例如硅酸盐水泥，在制备悬浮液时需要加入更多水，使得胚体强度较低，固化时间较长，因此硅酸盐水泥并不适用于该体系。
[0013]本专利技术具有如下有益效果：本专利技术通过采用高介电常数氧化物陶瓷粉体为原料，以水泥为固化剂，并辅以水、减水剂、乳化剂、油相实现具有球型孔多孔陶瓷的快速成型制备。将上述物质混合搅拌均匀并倒入摸具后，得到相应悬浮液及胚体，再经过一定时间的干燥与烧结，制备出具有球形多孔结构的陶瓷。与现有多孔陶瓷制备相比，具有对环境污染小，可塑性高，孔径分布均一且易于调控，可实现介电压电性能连续可调的特点。
[0014]本专利技术由于以水泥为固化剂，可以做到常温下快速固化，不需要冷冻固化，保证了步骤1形成的水包油型乳状液在陶瓷胚体中不因冷冻而发生变形，保证了孔洞是完美的球形孔。
[0015]本专利技术选用的造孔剂（水、减水剂、乳化剂、油相）在室温养护、干燥和高温烧结过程中会全部挥发，无残留，不会影响陶瓷性能。
附图说明
[0016]图1为实施例1
‑
4所得多孔介电陶瓷的介电温谱图。
[0017]图2为实施例1所得多孔介电陶瓷的铁电性能图。
[0018]图3为实施例1
‑
4所得多孔介电陶瓷的XRD结果图。
[0019]图4为实施例1
‑
4所得多孔介电陶瓷的SEM结果图。
具体实施方式
[0020]下面将结合具体实施例及附图对本专利技术作进一步详细描述。
[0021]实施例1具有球形孔结构多孔钛酸钡陶瓷，制备方法为：（1）制备多孔陶瓷所需水包油型乳状液：以水为溶剂，加入三聚六偏，吐温以及正辛烷，充分搅拌均匀备用。其中，水用量为钛酸钡总重的19%，三聚六偏用量为钛酸钡和水泥总质量的0.15%，吐温与正辛烷的体积比为20：1，正辛烷与钛酸钡的比例为1.5mL：2g。
[0022]（2）制备陶瓷悬浮液及胚体：按照钛酸钡与secar
‑
71水泥的比例为20：1称取原料，加入到上述乳状液中，充分搅拌制得悬浮液，将其倒入相应模具，经固化后得到陶瓷胚体。
[0023]（3）干燥及烧结：将上述陶瓷胚体在常温下静置养护，在100
ꢀ°
C下干燥20小时，经
1380
°
C保温3小时后烧结制得多孔钛酸钡铁电陶瓷。
[0024]实验测得：陶瓷的耐压强度为2.8MPa；陶瓷的气孔率为43%；陶瓷孔的尺寸为105μm;陶瓷在30
°
C下的介电常数为1420.24，介电损耗为0.034；陶瓷的介电温谱图如图1中实施例1曲线所示；陶瓷的铁电性能如图2所示；陶瓷XRD结果如图3中实施例1曲线所示；陶瓷SEM结果如图4中A)图所示。
[0025]实施例2：具有球形孔结构多孔钛酸钡陶瓷，制备方法为：（1）制备多孔陶瓷所需水包油型乳状液：以水为溶剂，加入聚羧酸高效减水剂，阳离子石蜡微乳化剂以及甘油酯，充分搅拌均匀备用。其中，水用量为钛酸钡的25%，聚羧酸高效减水剂用量为钛酸钡和水泥总质量的0.05%，阳离子石蜡微乳化剂与甘油酯的体积比为30：1，甘油酯与钛酸钡的比例为1mL：2g。
[0026]（2）制备陶瓷悬浮液及胚体：按照钛酸钡与secar
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68水泥的比例为8：1称取原料，加入到上述乳状液中，充分搅拌制得悬浮液，将其倒入相应模具，经固化后得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有球形孔结构多孔介电陶瓷的快速成型制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）制备多孔介电陶瓷所需水包油型乳状液：以水为溶剂，分别加入减水剂、乳化剂以及油相，充分搅拌均匀备用；（2）制备陶瓷悬浮液及胚体：将具有一定配比的高介电常数氧化物陶瓷粉体与水泥加入到上述乳状液中，经充分搅拌制得悬浮液，将其倒入相应模具，经固化后得到陶瓷胚体；（3）干燥及烧结：将陶瓷胚体在常温下静置养护，在80
‑
120
°
C下干燥4~20小时后，在850~1380
°
C烧结2
‑
4小时制得具有球形孔结构多孔介电陶瓷；其中，水的加入量为陶瓷粉体重量的19~25%，减水剂用量为高介电常数氧化物陶瓷粉体和水泥总重量的0.05~0.2%，乳化剂与油相的体积比为10~30：1，油相与高介电常数氧化物陶瓷粉体的比例为1~2mL：2g；高介电常数氧化物陶瓷粉体与水泥的重量比为8~25：1。2.根据权利要求1所述的具有球形孔结构多孔介电陶瓷的快速成型制备方法，其特征在于：所述高介电常数氧化物陶瓷粉体的介电常数为3000
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【专利技术属性】
技术研发人员：王挺，王晓玲，李英豪，陈浩然，李子彬，龚伟平，
申请(专利权)人：惠州学院，
类型：发明
国别省市：