二元溶液结晶体为模板制备多孔陶瓷的方法技术

本发明专利技术二元溶液结晶体为模板制备多孔陶瓷的方法，具体步骤如下：按质量百分比称取组元，充分混合，得到二元溶液；称取陶瓷粉末，将其加入二元溶液中，充分混合，得到陶瓷浆料；将陶瓷浆料注入在模具中，放在冷源上冷冻，使陶瓷浆料中的二元溶液定向结晶，得到二元溶液结晶体；将二元溶液结晶体取出，低压干燥，使得该二元溶液结晶体升华，得到多孔陶瓷材料预制体；将多孔陶瓷材料预制体烧结，即制得多孔陶瓷材料。本发明专利技术解决了现有技术中制备多孔陶瓷时不能有效地控制孔形状的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于多孔陶瓷制备
，具体涉及。
技术介绍
多孔陶瓷是一种具有许多孔洞的无机非金属材料，利用材料中的孔洞结构和 (或)比表面积，结合材料本身的性质来达到所需要的力、热、电、磁、光等物理及化学性能， 从而在催化反应载体、吸声隔热、过滤分离、反应传感及生物等有着广泛的用途。多孔陶瓷材料的应用已经涉及到环保、能源、航空航天、冶金、石油化工、建筑、生物医学、电化学等领域。目前制备多孔陶瓷材料的方法很多，其中冷冻干燥技术制备多孔陶瓷是在2001 年由日本学者Takayuki Fukasawa提出的，该方法是通过单方向的冷冻陶瓷浆料和在低压下将冰升华的工艺，利用冰作为模板制备定向直通结构的多孔陶瓷，其优点是可以在较大范围内控制孔隙率(20% 94%)，孔尺寸(30nm 800μπι)和孔形状(片层状孔、针状孔、 圆柱状孔等)。现有技术中，对该方法制备多孔陶瓷的工艺多有研究。(1)2009年38卷增刊出版的《稀有金属材料与工程》发表的北京航空航天大学材料科学与工程学院的邹景良和张跃撰写的“冷冻干燥法工艺条件对多孔氧化铝陶瓷的影响”、中国专利技术专利《一种高度定向管状通孔多孔陶瓷的制备方法》(申请号 200910088175. 1，公开号 CN101597177,公开日2009. 12. 09)和 2006 年 89 卷第 2 期出版的《Journal ofthe American CeramicSociety》上发表的韩国首尔大学材料科学与工程学院的 Young-Hag Koh 等撰写的“In situ Fabrication of a Dense/Porous Bi-Iayered Ceramic Compositeusing Freeze Casting of a Ceramic-Camphene Slurry，，报道了通过冷冻干燥法分别采用去离子水、叔丁醇、莰烯等单一溶剂的结晶体为模板制备了层状、针状、柱状孔多孔陶瓷，孔形状仅能由溶剂决定，所以孔形状受到溶剂种类的限制而比较单ο(2)陶瓷材料领域著名杂志《Journal ofthe American Ceramic Society》在 2OO8 年91 卷第 10 期和 2009年92卷第 7 期分别发表的“Architecturalcontrol of freeze-east ceramics through additives and templating (E. Munch 禾口 E. Saiz 等)，，禾口 ‘‘Effect of Polyethylene Glycol on the Microstructure ofFreeze-Cast Alumina(C. M. Pekor 禾口 P. Kisa等)”报道了在水基浆料中添加少量NaCl、蔗糖、乙醇和聚乙二醇等来改变多孔陶瓷的孔形貌，但是添加量都在10wt%以下，还不能有效地控制孔形状。(3)2005年7月出版的《沈阳药科大学学报》刊载了沈阳药科大学药学院的李春雷和邓英杰撰写的“叔丁醇-水共溶剂体系冻干脂质体”和2009年371卷出版的 《International Journal of Pharmaceutics》发表了 ZhangYong 禾口 Deng Yingjie 等撰写的 “Conformational and bioactivity analysis ofinsulin Freeze-drying TBAwater co-solvent system in the presence of surfactant and sugar，， 艮道了药物溶于叔丁醇-水共溶剂进行冷冻干燥时的热分析以及药物的活性研究，没有涉及两种溶剂混合后在多孔陶瓷制备方面的研究。综上所述，在冷冻干燥法制备多孔陶瓷时大都采用单一溶剂作为浆料的分散介质，孔形状比较单一，而在水基浆料中加入NaCl、蔗糖、乙醇和聚乙二醇等添加剂的方法中， 添加量都在10wt%以下，对宏观上孔形状的影响不大。目前还没有通过改变二元溶液中两组元的比例，来控制在冷冻结晶时结晶体的类型、数量和形态，从而制备不同孔形状的多孔陶瓷的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，解决了现有技术中制备多孔陶瓷时不能有效地控制孔形状的问题。本专利技术所采用的技术方案是，，具体步骤如下步骤1、按质量百分比称取第一组元11 % 89%，第二组元11 % 89%，以上两种组分的质量百分比总和为100 %，将称取的两种组元充分混合，得到二元溶液，其中，第一组元为叔丁醇、甲醇或乙醇，第二组元为去离子水；步骤2、称取一定量粒径为0. 1 μ m 50 μ m的陶瓷粉末，将其加入在步骤1制得的二元溶液中，充分混合，得到固相体积含量为30% 70%的陶瓷浆料；步骤3、将步骤2制得的陶瓷浆料注入在模具中，放在冷源上冷冻，使陶瓷浆料中的二元溶液定向结晶，得到二元溶液结晶体，其中，所用模具的底面由传热材料制成、且侧面由绝热材料制成，冷冻过程中，环境温度比步骤1得到的二元溶液结晶温度高1°C 5°C， 冷源温度为_125°C -10°C ；步骤4、将步骤3得到的二元溶液结晶体从模具中取出，并置于压强为0 IOOOPa的环境中低压干燥，使得该二元溶液结晶体升华，得到多孔陶瓷材料预制体；步骤5、将步骤4得到的多孔陶瓷材料预制体在1250°C 1500°C的温度烧结，即制得多孔陶瓷材料。所述陶瓷粉末为氧化铝、氧化锆、二氧化钛、二氧化硅、磷酸三钙或羟基磷灰石。步骤3中，所用模具的底面由铜制成，侧面由酚醛泡沫制成，且内腔为圆柱形。本专利技术方法利用二元溶液中两组元质量百分比的不同配置，对陶瓷浆料中二元溶液的结晶过程、结晶体种类和形状产生影响，得到不同的结晶体结构；再经过干燥升华工艺，去除结晶体，得到多孔陶瓷预制体，最后经过烧结制得多孔陶瓷材料。用本专利技术方法制备多孔陶瓷材料，可控制多孔陶瓷材料的孔径、孔隙率、以及孔形状，得到的多孔陶瓷材料可应用于过滤材料、催化剂载体、减震材料、吸音材料、燃料电池、人工骨替代材料和药物释放载体等多个领域。附图说明图1是陶瓷浆料中的二元溶液定向结晶示意图；图2是去离子水-叔丁醇二元溶液相图；图3是采用本专利方法、且使用叔丁醇占质量百分比为50%的叔丁醇-去离子水二元溶液为模板制备的Al2O3多孔陶瓷的截面形貌图；图4是采用本专利方法、且使用叔丁醇占质量百分比为70%的叔丁醇-去离子水二元溶液为模板制备的Al2O3多孔陶瓷的截面形貌图；图5是采用本专利方法、且使用叔丁醇占质量百分比为89%的叔丁醇-去离子水二元溶液为模板制备的Al2O3多孔陶瓷的截面形貌图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术，具体步骤如下步骤1、按质量百分比称取第一组元11 % 89%，第二组元11 % 89%，以上两种组分的质量百分比总和为100 %，将称取的两种组元充分混合，得到二元溶液，其中，第一组元为叔丁醇、甲醇或乙醇，第二组元为去离子水，以制得叔丁醇去离子水二元溶液、甲醇去离子水二元溶液、或者乙醇去离子二元溶液。由于二元溶液中的两组元的比例不同，在冷冻过程中结晶时会形成单一溶剂结晶体、水合物结晶体或共晶体等不同的结晶体，而且结晶顺序也会本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．二元溶液结晶体为模板制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤１、按质量百分比称取：第一组元１１％～８９％，第二组元１１％～８９％，以上两种组分的质量百分比总和为１００％，将称取的两种组元充分混合，得到二元溶液，其中，第一组元为叔丁醇、甲醇或乙醇，第二组元为去离子水；步骤２、称取一定量粒径为０．１μｍ～５０μｍ的陶瓷粉末，将其加入在步骤１制得的二元溶液中，充分混合，得到固相体积含量为３０％～７０％的陶瓷浆料；步骤３、将步骤２制得的陶瓷浆料注入在模具中，放在冷源上冷冻，使陶瓷浆料中的二元溶液定向结晶，得到二元溶液结晶体，其中，所用模具的底面由传热材料制成、且侧面由绝热材料制成，冷冻过程中，环境温度比步骤１得到的二元溶液结晶温度高１℃～５℃，冷源温度为－１２５℃～－１０℃；步骤４、将步骤３得到的二元溶液结晶体从模具中取出，并置于压强为０Ｐａ～１０００Ｐａ的环境中低压干燥，使得该二元溶液结晶体升华，得到多孔陶瓷材料预制体；步骤５、将步骤４得到的多孔陶瓷材料预制体在１２５０℃～１５００℃的温度烧结，即制得多孔陶瓷材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵康，汤玉斐，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87