一种基于甘蔗渣制备金属化木质陶瓷的方法技术

一种基于甘蔗渣制备金属化木质陶瓷的方法，涉及木质陶瓷制备技术领域，具体为：将榨干汁后的甘蔗渣，晒干后粉碎、球磨，取出烘干，处理后的甘蔗渣粉末筛分后取粒径小于３２μｍ的甘蔗渣备用，含水率为８～１２％；将环氧树脂和预处理后的甘蔗渣混合均匀后，再加入铝粉，采用机械搅拌混合均匀，并利用水浴加热，得到混合物；环氧树脂、甘蔗渣和铝粉三者的质量比为１∶２∶（０．５～１）；将混合物后烘干，压制成试样；将压制成型的试样真空高温烧结：高温烧结起始温度为６０℃，以５℃／ｍｉｎ的速率升至１５０℃，保温１５ｍｉｎ后，以２℃／ｍｉｎ的速率升温至４００℃，再以５℃／ｍｉｎ的速率升温至７００℃保温后随炉冷却。本发明专利技术可根据铝粉含量控制金属化程度，同时保留了部分孔洞，可根据性能需要再次浸渍第三相。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及木质陶瓷，利用甘蔗渣经金属化处理后提高原木质陶瓷的抗压强 度，特指采用金属Al制备金属化木质陶瓷的方法。
技术介绍
木质陶瓷就是将可开发利用的固体废弃物，如废纸、果皮以及回收的木质材料、木 质素、纤维材料等，经烧结后制造出的新型环保材料。木质陶瓷具有独特的性能，如质量 轻、硬度高，并且具有良好的力学特性、热特性、电磁特性和摩擦学特性，经加工后可替代传 统陶瓷，用作电极、发热体、电机碳刷、刹车衬里、耐腐蚀材料、绝热材料、过滤材料等。同 时，在高温下碳化的副产品有木煤气及木醋液，木煤气可作燃料，木醋液则是一种很好的土 壤肥料。木质陶瓷具有广阔的开发应用前景，是某些不可再生材料的理想替代品。吴文涛⑷先将甘蔗渣为原料，采用混合、热压再烧结的工艺制备了木质陶瓷，实验 结果证明了通过该工艺制备木质陶瓷的可行性。后又研究以甘蔗渣、麦秆为原料，以酚醛树 脂、羧甲基纤维素为黏结剂，采用混合后热压再烧结的工艺制备碳复合材料，表明黏结剂对 碳复合材料的性能影响很大，可以根据所需材料的不同性能选择不同的黏结剂。然而，由 于木质陶瓷的脆性使其力学性能较差，如何提高木质陶瓷的强度，从而扩大木质陶瓷在各 方面的应用具有重要意义。采用金属真空加压浸渍木质陶瓷制备的木质陶瓷/金属复合材 料的研究已有报道，研究表明，高压或高温下，金属浸渍过程中，不仅孔隙会充满韧性金属， 而且如微裂纹等一些易导致脆性断裂的烧结缺陷也会因韧性金属的浸渍而得到愈合，从而 提高材料的性能。但木质陶瓷的原有的孔洞基本被完全利用，剩下的都是不通孔，如果 既能浸渍金属，提高木质陶瓷的强度，又保留部分孔洞，根据性能需要再次浸渍第三相，从 而使木质陶瓷获得更优异的性能。这里我们通过工艺参数优化，采用机械搅拌混料再热压 后真空烧结制备金属化木材陶瓷，该材料既含有韧性金属Al，还可保留一部分木质陶瓷原 有的孔洞，为拓宽该类材料的应用奠定基础。参考文献Toshihiro Okabe, Kouji Saito, Kazuo Hokkirigawa. New Porous Carbon Materials, Woodceramics-Development and Fundamental Properties. Jouranl of Porous Materials,1996,2(3) :207_213.Hirose T,Fujino T, Fan T X,et al. Effect of carbonization temperature on the structural changes of woodceramics impregnated with liquefied wood. Carbon,2002,40(5) 761 765.Kiyotaka Shibata, Toshihiro Okabe, Kouji Saito, et al. Electromagnetic Shielding Properties of Woodceramics Made from Wastepaper. Journal of Porous Materials,1997,4(4) :269_275.吴文涛，植物残渣综合利用新探索.昆明昆明理工大学环境科学与工程 学院，1998.吴文涛，不同黏结剂组合甘蔗渣/麦秆碳复合材料制备与性能研究.农业 工程学报，2008，24 (8) 204-207.Xie Xian-Qing,Fan Tong-Xiang,Sun Bing-He,et al. Dry sliding friction and wear behavior of woodceramics/Al-Si Composites. Materials Science and Engineering,2003,A 342(1-2) :287_293.Tianchi Wang, Tongxiang Fan, Di Zhang, et al. Preparation and thermal properties of metal matrix composites with wood-structure. Materials and Design,2008,29(6) :1275_1279.Gao M X, Pan Y , Oliveiraf F J, Interpenet rating microstructure and fracture mechanism of NiAl/TiC composites by pressureless melt infiltration . Materials Letters,2004,58 (15) :1761_1767.赵敬忠，高积强，金志浩.三维碳化硅结构增强铝基复合材料的制备.兵器 材料科学与工程，2004，27 (6) 11-14.
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能基于提高木质陶瓷的抗压强度，从而能得到更广泛应 用的金属化木质陶瓷。本专利技术的目的是以下面的流程来实现的(1)甘蔗渣预处理将榨干汁后的甘蔗渣，晒干后粉碎，并将粉碎后的甘蔗渣粉末 球磨，取出烘干，处理后的甘蔗渣粉末筛分后取粒径小于32 μ m的甘蔗渣备用，含水率为 8 12% ；(2)将环氧树脂和预处理后的甘蔗渣混合均勻后，再加入铝粉，采用机械搅 拌混合均勻，并利用水浴加热，得到混合物；环氧树脂、甘蔗渣和铝粉三者的质量比为 1:2: (0. 5 1)；(3)将混合物后烘干，压制成试样；(4)将压制成型的试样真空高温烧结高温烧结起始温度为60°C，以5°C /min的 速率升至150°C，保温15min后，以2°C /min的速率升温至400°C，再以5°C /min的速率升 温至700 V保温后随炉冷却。步骤(1)中所述球磨的时间为24 30h，转速为250r/min。步骤(2)中的将环氧树脂和预处理后的甘蔗渣和铝粉混合均勻的具体步骤为称 取环氧树脂和预处理后的甘蔗渣，无水乙醇作溶剂，先加热磁力搅拌5 10h，温度控制在 500C 60°C，再加入铝粉，水浴加热温度控制在60°C，机械搅拌12h后混合均勻。步骤(3)中所述压制成试样的方法为在100°C 120°C下预压5min后保压5 IOmin压制成试样。步骤⑷中升温至700V后的保温时间为0 Ih。保温时间较短是为了防止界面物质Al4C3的生成影响试样的整体性能，且放置一 段时间会脆化。由于Al熔融时为650°C，所以采用了稍低的烧结温度。通过本方法的实施，使得金属化木质陶瓷的制备过程中具有如下几个特点(1)可根据铝粉含量控制金属化程度，从而提高抗压强度，孔径分布范围减小；(2)金属化木质陶瓷保留了部分孔洞，可根据性能需要再次浸渍第三相。 附图说明图1本专利技术的工艺流程示意2木质陶瓷和金属化木质陶瓷的SEM图和EDS图WCAl，WCA2，WCA4，WCA5物相组成相同，这里只画出两种图3金属化木质陶瓷的XRD图谱(a)木质陶瓷(b) WCA5 (同 WCA4) (c) WCA2 (同 WCAl) (d) EDS 4木质陶瓷和金属化木质陶瓷的孔径分布曲线图WCA1, WCA2，WCA4，WCA5与木质陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于甘蔗渣制备金属化木质陶瓷的方法，其特征在于：按照以下步骤进行：（１）甘蔗渣预处理：将榨干汁后的甘蔗渣，晒干后粉碎，并将粉碎后的甘蔗渣粉末球磨，取出烘干，处理后的甘蔗渣粉末筛分后取粒径小于３２μｍ的甘蔗渣备用，含水率为８～１２％；（２）将环氧树脂和预处理后的甘蔗渣混合均匀后，再加入铝粉，采用机械搅拌混合均匀，并利用水浴加热，得到混合物；环氧树脂、甘蔗渣和铝粉三者的质量比为１∶２∶（０．５～１）；（３）将混合物后烘干，压制成试样；（４）将压制成型的试样真空高温烧结：高温烧结起始温度为６０℃，以５℃／ｍｉｎ的速率升至１５０℃，保温１５ｍｉｎ后，以２℃／ｍｉｎ的速率升温至４００℃，再以５℃／ｍｉｎ的速率升温至７００℃保温后随炉冷却。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：严学华，程晓农，潘建梅，张成华，徐桂芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]