一种低温多孔陶瓷材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低温多孔陶瓷材料的制备方法，所述方法为：先制备低温陶瓷浆料；然后将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料中，挂浆后干燥得到多孔陶瓷前驱体；最后将多孔陶瓷前驱体依次在300～400℃和650～700℃下分步烧结而成；其中，低温陶瓷浆料通过将混合充分后的硼源、锌源、硅源和助熔剂分散在含表面活性剂的溶剂中而得到。本发明专利技术方法基于有机泡沫浸渍法，通过往陶瓷材料中加入低熔点的反应物料形成低共熔体系，能够有效降低陶瓷复合材料的烧结温度，并且得到的复合材料孔隙率低、致密度高，从而具有高的机械强度和硬度；本发明专利技术方法在低于700℃的温度下即可烧结出具有致密化程度高，机械性能好的低温多孔陶瓷材料，有效解决了传统陶瓷材料高温烧结的能耗问题。解决了传统陶瓷材料高温烧结的能耗问题。解决了传统陶瓷材料高温烧结的能耗问题。

【技术实现步骤摘要】
一种低温多孔陶瓷材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种低温多孔陶瓷材料的制备方法。

技术介绍

[0002]陶瓷材料因其具有一系列优异的性能，是应用最广泛的材料之一。随着科技的发展，陶瓷材料因其优良的性能在各领域均得到了广泛的应用，多孔陶瓷是一种具有均匀三维网状结构的特殊多孔陶瓷，其孔道分布均匀、气孔率高、相对密度小、比表面积大、对液体和气体介质有选择透过性。多孔陶瓷的重要特征是具有较多的均匀可控的气孔。多孔陶瓷在环保、能源以及化工等方面有着巨大的发展前景。
[0003]有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍于陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种工艺方法，该法适用于制备气孔均匀可调节的多孔陶瓷。然而现有陶瓷材料的烧结温度过高，烧成温度一般在1000℃以上，存在能耗高、工艺复杂等问题。

技术实现思路

[0004]技术问题：本专利技术目的旨在提供一种能够有效降低陶瓷材料烧结温度的多孔陶瓷材料的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的低温多孔陶瓷材料的制备方法，所述方法为：先制备低温陶瓷浆料；然后将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料中，挂浆后干燥得到多孔陶瓷前驱体；最后将多孔陶瓷前驱体依次在300～400℃和650～700℃下分步烧结而成；其中，低温陶瓷浆料通过将混合充分后的硼源、锌源、硅源和助熔剂分散在含表面活性剂的溶剂中而得到。
[0006]其中，所述多孔聚氨酯模板采用如下方法制备而成：室温下，将聚氨酯海绵加入到刻蚀剂的水溶液中，刻蚀2～4h，过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到刻蚀聚氨酯海绵；将刻蚀后的聚氨酯海绵加入到改性剂的水溶液中，将混合物料于40～60℃下搅拌，反应后过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到多孔聚氨酯模板。刻蚀过程能够使聚氨酯海绵表面粗糙、呈多孔结构，改性过程能够使多孔的聚氨酯表面接枝多个亲水性的官能团，提高挂浆过程中与浆料的粘结性。
[0007]其中，多孔陶瓷前驱体具体采用如下方法制备而成：室温下，将硼源、锌源、硅源、助熔剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨5～8h，球磨后的浆料在80～120℃下干燥12～24h，干燥后过筛，得到低温陶瓷原粉；室温下，将低温陶瓷原粉、表面活性剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨2～4h，得到低温陶瓷浆料，将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料10～30min，挂浆后在80～120℃下干燥12～24h，得到多孔陶瓷前驱体。
[0008]其中，所述硼源为硼酸钠或二甲胺硼烷；所述锌源为醋酸锌或硬脂酸锌；所述硅源为硅溶胶或正硅酸乙酯；所述助熔剂为氧化铋、氧化钇或碳酸锂。助熔剂熔点低，能够有效降低复合材料体系的熔点同时使复合材料体系具有良好热稳定性(骨架结构的稳定)。
[0009]其中，所述溶剂为水或异丙醇，所述表面活性剂为羧甲基纤维素或聚乙烯吡咯烷
酮(表面活性剂能够提高陶瓷浆料的粘结性，从而使挂浆过程中浆料更好的附着在聚氨酯模板上)。
[0010]其中，在制备低温陶瓷原粉时，硼源、锌源、硅源、助熔剂和溶剂的混合质量比为4～5：2～3：2～3：1：25～30。
[0011]其中，在制备低温陶瓷浆料时，低温陶瓷原粉、表面活性剂与溶剂的混合质量比为5～10：1：15～30。
[0012]其中，在分步烧结过程中，第一步烧结的烧结条件为：在N2气氛中于300～400℃下热处理3～5h，N2气氛的气体流量为30～50mL/min；第二步烧结的烧结条件为：在空气气氛中于在650～700℃下烧结3～5h。
[0013]聚氨酯经刻蚀剂处理后，极大地改变了聚氨酯的表面粗糙度和润湿性，经由改性剂处理后，多孔聚氨酯表面富含羟基或胺基，大大提升了多孔聚氨酯模板表面的电负性，有利于低温陶瓷浆料在多孔聚氨酯模板表面的附着，从而增加了多孔聚氨酯模板的骨架密度，进而增加了后续得到的低温多孔陶瓷材料的机械强度。多孔陶瓷前驱体在650℃烧结过程中就可产生的ZnB4O7晶相能够大大促进液相烧结的过程，熔融液相能够有效形成对高温性能粉末的包覆，即此时熔融液相对在此温度下无法反应的Al2O3和SiO2粉末包裹反应，从而使各类原料紧密堆积，在提高致密度的同时使相互反应更加充分。在较低温度下硼源和锌源烧结过程中的相互作用(硼源和锌源之间发生化学反应生成新晶相，新晶相的生成有利于促进陶瓷材料在较低温度下完成烧结)，有利于在较低温度下促进多孔陶瓷的快速烧结；氧化铋、碳酸锂助熔剂本身具有较低的熔点，在玻璃体系中也能起到良好的助熔作用，与氧化锌和二氧化硅形成低共熔体系，显著降低陶瓷材料的烧结温度；少量稀土金属氧化物氧化钇、氧化铋助熔剂的添加，能够大大提升低温多孔陶瓷的热稳定性、抗热震性以及陶瓷材料的致密度，进而增加陶瓷材料的机械性能。氧化铋、碳酸锂、硼源均具有较低的熔点，使其在烧结过程中具有良好的流变性，进一步提高低温多孔陶瓷材料的骨架密度，降低低温多孔陶瓷的孔径孔容，从而使其表面结构致密化，达到较强的机械强度和硬度。经两步法烧结工艺首先在N2气氛下烧结，将多孔聚氨酯模板分解，在不引入其他杂质的情况下，可以通过选择不同孔径的聚氨酯模板控制低温多孔陶瓷的孔隙均匀性及孔隙大小，再在空气气氛下实现低温多孔陶瓷材料的烧结。
[0014]有益效果：本专利技术方法基于有机泡沫浸渍法，通过往陶瓷材料中加入低熔点的反应物料形成低共熔体系，能够有效降低陶瓷复合材料的烧结温度，并且得到的复合材料孔隙率低、致密度高，从而具有高的机械强度和硬度；本专利技术方法在不高于700℃的温度条件下，即可烧结出具有致密化程度高，机械性能好的低温多孔陶瓷材料，大大降低了传统陶瓷材料烧结所需高温条件的能耗。
附图说明
[0015]图1为实施例1制得的低温陶瓷材料的热重
‑
差示扫描量热(TG
‑
DSC)图；
[0016]图2为实施例1制得的低温陶瓷材料的X射线衍射图；
[0017]图3为实施例2制得的低温陶瓷材料的扫描电子显微镜图；
[0018]图4为实施例2制得的低温陶瓷材料的产品图。
具体实施方式
[0019]实施例1
[0020]本专利技术低温多孔陶瓷材料的制备方法，包括如下步骤：
[0021](1)室温下，将10wt％的NaOH水溶液置于反应釜中，加入多孔聚氨酯海绵，浸泡搅拌4h，过滤，洗涤多孔聚氨酯海绵至洗涤液呈中性，干燥得到刻蚀后的多孔聚氨酯海绵；将4wt％的聚乙二醇水溶液加入到反应釜中，搅拌溶解，加入刻蚀后的多孔聚氨酯海绵，将混合物料加热到60℃下搅拌2h，过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥得到多孔聚氨酯模板；
[0022](2)室温下，将硼酸钠、醋酸锌、硅溶胶、氧化铋、氧化钇和水以质量比为5：2：3：1.25：1：30加入到反应釜中，30℃下球磨6h，球磨后的浆料在110℃下干燥24h，干燥后过200目筛，得到低温陶瓷原粉；室温下，将低温陶瓷原粉、羧甲基纤维素与水以质量比10：1：30加入到反应釜中，30℃下球磨4h后得到低温陶瓷浆料，将多孔聚氨酯模板浸没于低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低温多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，所述方法为：先制备低温陶瓷浆料；然后将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料中，挂浆后干燥得到多孔陶瓷前驱体；最后将多孔陶瓷前驱体依次在300～400℃和650～700℃下分步烧结而成；其中，低温陶瓷浆料通过将混合充分后的硼源、锌源、硅源和助熔剂分散在含表面活性剂的溶剂中而得到。2.根据权利要求1所述的低温多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于：室温下，将聚氨酯海绵加入到刻蚀剂的水溶液中，刻蚀2～4h，过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到刻蚀聚氨酯海绵；将刻蚀后的聚氨酯海绵加入到改性剂的水溶液中，将混合物料于40～60℃下搅拌，反应后过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到多孔聚氨酯模板。3.根据权利要求1所述的低温多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于：多孔陶瓷前驱体具体采用如下方法制备而成：室温下，将硼源、锌源、硅源、助熔剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨5～8h，球磨后的浆料在80～120℃下干燥12～24h，干燥后过筛，得到低温陶瓷原粉；室温下，将低温陶瓷原粉、表面活性剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨2～4h，得到低温陶瓷浆料，将多孔聚氨酯模板浸没于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周钰明，赵希望，鲍杰华，卜小海，张泽武，何曼，王泳娟，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：