CN101423378B - 具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 - Google Patents
具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101423378B CN101423378B CN2008102343585A CN200810234358A CN101423378B CN 101423378 B CN101423378 B CN 101423378B CN 2008102343585 A CN2008102343585 A CN 2008102343585A CN 200810234358 A CN200810234358 A CN 200810234358A CN 101423378 B CN101423378 B CN 101423378B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ceramic
- water
- aggregate
- directional
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法，由水性陶瓷浆料经定向凝固、冷冻干燥处理后，高温烧结得到，所述的水性陶瓷浆料由明胶、陶瓷骨料和水组成；水性陶瓷浆料中，陶瓷骨料的质量百分比为30～50％，陶瓷骨料的质量百分组成为三氧化二铝68～72％，苏州土18～22％，滑石粉3～5％，氧化钙2～4％，硼砂2～4％；明胶为陶瓷骨料总量的3～15％。本发明方法采用定向凝固和冷冻干燥技术对陶瓷浆料进行处理，在陶瓷中形成定向孔隙结构，从而制备出各向异性的定向孔隙结构的多孔陶瓷。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于过滤净化、流体分散等领域的多孔陶瓷的制备技术，具体涉及一种具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种体积密度小、比表面积大、具有相互贯通的三维立体网络结构的陶瓷制品。由于多孔陶瓷的这种特点和陶瓷材料本身独有的耐高温、耐腐蚀等优异特性，多孔陶瓷能广泛用于气体和液体过滤、净化分离、催化剂载体、高级保温材料、生物植入材料、吸声减震材料和传感器材料等许多方面。目前，多孔陶瓷的应用已遍及冶金、化工、环保、能源、生物等各个部门。多孔陶瓷首要特征是其多孔特性，制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同，近年逐渐开发出许多不同的多孔陶瓷制备技术。其中应用比较成功、研究比较活跃的方法有，添加造孔剂法、颗粒堆积成型法、发泡法、有机泡沫浸渍法和溶胶-凝胶法等。
具有定向通孔孔隙结构的多孔陶瓷，沿孔隙方向传输的阻力较小，因此，在一些特定的场合，蜂窝多孔陶瓷得到应用。近年来，应用冷冻铸造工艺制造多孔陶瓷受到较多的关注，Sylvain Deville对此进行了回顾和综述(Freeze-Casting of Porous Ceramics：A Review ofCurrent Achievements and Issues，Advanced Engineering Materials，2008年第3期P155-164)。冷冻铸造工艺是应用水基陶瓷浆料，在低温条件下定向凝固，然后再在低压条件下进行干燥处理，此时发生冰的升华；样品得到干燥，再将所得生坯进行烧结，得到多孔陶瓷。通过控制起始料浆浓度和烧结时间可以控制孔的结构，制得的多孔材料体内具有定向排列的宏观开孔，而且在相邻开孔的壁内含有微孔。国外的大量研究工作，都在浆料中加入聚甲基丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸铵、聚苯乙烯或聚乙烯醇等，起分散浆料和粘结陶瓷粉末的作用。在国内，张玉珍等(冷冻—干燥工艺合成复合孔结构的多孔陶瓷，江苏陶瓷，2001年第3期P 33-35)和漆小鹏等(具有定向孔隙结构的大孔磷酸钙骨水泥支架的制备与表征，硅酸盐学报，2007年第12期P1577-1561)分别利用冷冻铸造工艺制备了具有定向孔结构的多孔陶瓷，但在其制备过程中，没有加任何的粘结剂。由于冷冻过程中，水基陶瓷浆料中的原料粒子表面的吸附水阻碍了粒子间的互相靠近，不能形成很好的结合，所以干燥后坯体的强度很低，不容易进行下一步操作。除上述合成高分子材料外，天然高分 子材料明胶也可起分散和粘结作用，但在配制浆料中应用明胶还未见报道。天然高分子材料来源丰富，更加环境友好，是合成高分子材料良好的替代物。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法，以天然高分子材料明胶为分散剂和粘结剂配制陶瓷浆料，通过采用定向凝固和冷冻干燥技术对陶瓷浆料进行处理，在陶瓷中形成定向孔隙结构，从而制备出各向异性的定向孔隙结构多孔陶瓷。
本发明的多孔陶瓷的制备方法，为得到定向分布的定向孔隙结构，采用定向凝固和冷冻干燥技术对陶瓷浆料进行处理。其原理是在陶瓷浆料冷冻的同时，控制晶体冰单向生长，再将得到的冷冻坯体在低温低压条件下进行干燥处理，此时溶剂冰升华而排出，陶瓷坯体中形成定向排布的孔结构，经高温烧结得到多孔陶瓷。这种基于冷冻原理的独特的陶瓷制备工艺，可以制备具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
本发明的技术解决方案为：
一种具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：由水性陶瓷浆料经定向凝固、冷冻干燥处理后，高温烧结得到；所述的水性陶瓷浆料由明胶、陶瓷骨料和水组成；水性陶瓷浆料中，陶瓷骨料的质量百分比为30～50％，明胶为陶瓷骨料质量的3～15％。
具体而言，本发明的方法包括以下步骤：
(1)水性陶瓷浆料配制：将明胶溶于55～75℃的水中得到明胶水溶液，与陶瓷骨料混合，充分搅拌得到陶瓷浆料；其中陶瓷骨料占陶瓷浆料的质量百分比为30～50％，明胶为陶瓷骨料质量总量的3～15％；
(2)把陶瓷浆料注入模型，在-15～-30℃的低温浴中进行定向凝固，得到具有定向冰晶分布的冷冻坯体；
(3)陶瓷坯体脱模后进行冷冻干燥，去除坯体中的冰晶；
(4)干燥后的坯体进行高温烧结，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
所述的陶瓷骨料，其质量百分组成为三氧化二铝68～72％，苏州土18～22％，滑石粉3～5％，氧化钙2～4％，硼砂2～4％。
定向凝固是指在模型中建立特定方向的温度梯度，使液态(熔融)物质沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种控制凝固过程的技术，该技术目前广泛应用于合金、半导体材料、磁性材料等领域。本发明在多孔陶瓷的制备方法中采用定向凝固的方法控制冰晶的生长方向，在完成水基陶瓷浆料的冻结的同时，在陶瓷坯体中形成定向冰晶分布。所述的定向凝固，其方法包括将陶瓷浆料注入模型，然后将模型的一端浸入-15～-30℃的低温介质中，在陶瓷浆料中形成定向的热流流动，而陶瓷浆料沿与热流相反的方向逐渐凝固，凝固过程中，陶瓷中的骨料和水产生分离，在陶瓷骨料之间形成定向结晶生长的冰晶。所述的低温介质为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的任意一种。
陶瓷坯体脱模后进行冷冻干燥，去除坯体中的水分，陶瓷坯体中形成定向排布的孔结构。冷冻干燥又称升华干燥，指将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。本发明将冷冻坯体在-5～-30℃的温度范围内进行冷冻干燥，去除坯体中的冰晶。
干燥后的坯体在1300～1340℃烧结1～3h，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
根据本发明的方法制备定向孔隙结构多孔陶瓷，具有以下有益效果：
(1)陶瓷体内部的孔隙定向分布，流体沿孔隙方向运动阻力小；
(2)由于孔隙的特殊分布，陶瓷的力学性能也呈各向异性，沿孔隙方向具有大的抗压强度；
下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。本发明的范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求的范围加以限定。
具体实施方式
实施例1
实施例1按本发明方法制备具有定向孔隙结构多孔陶瓷，包括以下步骤：
(1)水性陶瓷浆料配制：按三氧化二铝70％、苏州土20％、滑石粉4％、氧化钙3％和硼砂3％的质量百分组成，配制占陶瓷浆料质量百分比为40％的陶瓷骨料，称取占陶瓷骨料总量质量百分比为9％的明胶；将适量的水加热到60℃，把明胶溶于水中得到明胶水溶液；把明胶水溶液加入陶瓷骨料，充分搅拌得到陶瓷浆料；
(2)把陶瓷浆料注入模型，然后将模型的一端浸入-20℃的低温介质中，在陶瓷浆料中形成定向的热流流动，而陶瓷浆料沿与热流相反的方向逐渐凝固，凝固过程中，陶瓷中的骨料和水产生分离，在陶瓷骨料之间形成定向结晶生长的冰晶，得到具有定向冰晶分布的冷冻坯体；
(3)陶瓷坯体脱模后在-5～-30℃的温度范围内进行冷冻干燥，时间为16～32h，去除坯体中的冰晶；
(4)干燥后的坯体在1320℃烧结2h，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
实施例2
(1)水性陶瓷浆料配制：按三氧化二铝70％、苏州土20％、滑石粉4％、氧化钙3％和硼砂3％，配制占陶瓷浆料质量百分比为50％的陶瓷骨料，称取占陶瓷骨料总量质量百分比为15％的明胶；将适量的水加热到60℃，把明胶溶于水中得到明胶水溶液；把明胶水溶液加入陶瓷骨料，充分搅拌得到陶瓷浆料；
(2)把陶瓷浆料注入模型，然后将模型的一端浸入-20℃的低温介质中，在陶瓷浆料中形成定向的热流流动，而陶瓷浆料沿与热流相反的方向逐渐凝固，凝固过程中，陶瓷中的骨料和水产生分离，在陶瓷骨料之间形成定向结晶生长的冰晶，得到具有定向冰晶分布的冷冻坯体；
(3)陶瓷坯体脱模后在-5～-30℃的温度范围内进行冷冻干燥，时间为16～32h，去除坯体中的冰晶；
(4)干燥后的坯体在1320℃烧结2h，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
实施例3
(1)水性陶瓷浆料配制：按三氧化二铝70％、苏州土20％、滑石粉4％、氧化钙3％和硼砂3％，配制占陶瓷浆料质量百分比为30％的陶瓷骨料，称取占陶瓷骨料总量质量百分比为6％的明胶；将适量的水加热到60℃，把明胶溶于水中得到明胶水溶液；把明胶水溶液加入陶瓷骨料，充分搅拌得到陶瓷浆料；
(2)把陶瓷浆料注入模型，然后将模型的一端浸入-20℃的低温介质中，在陶瓷浆料中形成定向的热流流动，而陶瓷浆料沿与热流相反的方向逐渐凝固，凝固过程中，陶瓷中的骨料和水产生分离，在陶瓷骨料之间形成定向结晶生长的冰晶，得到具有定向冰晶分布的冷冻坯体；
(3)陶瓷坯体脱模后在-5～-30℃的温度范围内进行冷冻干燥，时间为16～32h，去除坯体中的冰晶；
(4)干燥后的坯体在1320℃烧结2h，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
Claims (5)
1.一种具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：由水性陶瓷浆料经定向凝固、冷冻干燥处理后，高温烧结得到；所述的水性陶瓷浆料由明胶、陶瓷骨料和水组成；水性陶瓷浆料中，陶瓷骨料的质量百分比为30～50％，明胶为陶瓷骨料质量的3～15％；
所述的陶瓷骨料，其质量百分组成为，三氧化二铝68～72％，苏州土18～22％，滑石粉3～5％，氧化钙2～4％，硼砂2～4％。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述的方法包括以下步骤：
(1)水性陶瓷浆料配制：将明胶溶于55～75℃的水中得到明胶水溶液，与陶瓷骨料混合，充分搅拌得到水性陶瓷浆料；其中陶瓷骨料占水性陶瓷浆料的质量百分比为30～50％，明胶为陶瓷骨料质量的3～15％；
(2)把水性陶瓷浆料注入模型，在-15～-30℃的低温介质中进行定向凝固，得到具有定向冰晶分布的冷冻坯体；
(3)陶瓷坯体脱模后进行冷冻干燥，去除坯体中的冰晶；
(4)干燥后的坯体高温烧结，得到具有定向孔隙结构的多孔陶瓷。
3.根据权利要求2所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的定向凝固，采用的低温介质为甲醇、乙醇、异丙醇或丙酮中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的冷冻干燥，在-5～-30℃的温度范围内进行。
5.根据权利要求1或2所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述的高温烧结，指干燥后的坯体在1300～1340℃烧结1～3h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102343585A CN101423378B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2008102343585A CN101423378B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101423378A CN101423378A (zh) | 2009-05-06 |
| CN101423378B true CN101423378B (zh) | 2012-07-04 |
Family
ID=40614289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2008102343585A Expired - Fee Related CN101423378B (zh) | 2008-11-12 | 2008-11-12 | 具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101423378B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103895285B (zh) * | 2014-02-28 | 2015-10-28 | 吉林大学 | 高强度层状Al基金属陶瓷复合材料及其制备方法 |
| CN104193382B (zh) * | 2014-08-19 | 2016-01-06 | 中国石油天然气股份有限公司 | 一种仿页岩结构材料及其制备方法 |
| CN105347775A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-02-24 | 太原理工大学 | 一种可用于柴油机颗粒捕集器的多孔莫来石陶瓷制备方法 |
| CN105541369A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 西北工业大学 | 一种基于冰模板法制备多孔陶瓷的定向凝固装置及方法 |
| CN110627496A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-31 | 陕西国睿材料科技有限公司 | 一种氧化钛多孔陶瓷的低温制备方法 |
-
2008
- 2008-11-12 CN CN2008102343585A patent/CN101423378B/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Sylvain Deville.Freeze-Casting of Porous Ceramics：A Review of Current Achievements And Issues.《Advanced Engineering Materials》.2008,(第3期),全文. * |
| Takayuki Fukasawa等.冷冻-干燥工艺合成复合孔结构的多孔陶瓷.《江苏陶瓷》.2001,(第3期),全文. * |
| 漆小鹏等.具有定向孔隙结构的大孔磷酸钙骨水泥支架的制备与表征.《硅酸盐学报》.2007,(第12期),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101423378A (zh) | 2009-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101423380B (zh) | 制备定向排列孔结构多孔陶瓷的方法 | |
| Yuan et al. | Preparation and properties of mullite-bonded porous fibrous mullite ceramics by an epoxy resin gel-casting process | |
| CN101423378B (zh) | 具有定向孔隙结构多孔陶瓷的制备方法 | |
| Deville | Freeze‐casting of porous ceramics: a review of current achievements and issues | |
| Mao et al. | Gelcasting of alumina foams consolidated by epoxy resin | |
| CN103588482B (zh) | 一种高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN103739306A (zh) | 一种定向多孔特种水泥的制备方法 | |
| CN102351563B (zh) | 具有多级孔径结构的高孔隙率氮化硅多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN101560071B (zh) | 一种磷酸基地质聚合物多孔材料及其制备方法 | |
| CN102285815B (zh) | 一种双孔型多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN101423377B (zh) | 定向孔隙结构磷酸盐多孔陶瓷的制备方法 | |
| CN103509526A (zh) | 多孔基相变储热颗粒及其制备方法 | |
| Jing et al. | The controllable microstructure of porous Al2O3 ceramics prepared via a novel freeze casting route | |
| CN104945005B (zh) | 一种具有中心对称结构的多孔材料及其制备方法 | |
| CN106222467A (zh) | 一种具有高取向度层状定向连通孔隙的钛材及其制备方法 | |
| CN102531660A (zh) | 一种以叔丁醇基冷冻升华法制备多孔陶瓷的方法 | |
| Yuan et al. | A novel aqueous gel-casting for fabricating Al2O3-bonded fibrous mullite ceramics | |
| Sun et al. | Structure and performance control of porous Si3N4 ceramics fabricated by freeze-drying process | |
| CN102285799A (zh) | 新型透波隔热功能一体化SiO2-Si3N4复合材料及其制备方法 | |
| CN101423379B (zh) | 磷酸盐定向排列孔结构多孔陶瓷的制备方法 | |
| Wang et al. | Porous SiC ceramics fabricated by quick freeze casting and solid state sintering | |
| Dong et al. | Novel fabrication processing of porous alumina/mullite membrane supports by combining direct foaming, sol-gel, and tape-casting methods | |
| CN102295466B (zh) | 二元溶液结晶体为模板制备多孔陶瓷的方法 | |
| CN104072147B (zh) | 一种氮化硅蜂窝陶瓷的制备方法 | |
| CN102976758B (zh) | 一种大孔互联SiC陶瓷的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: NANTONG YONGTAI MAGNET MANUFACTORY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SOWTHEAST UNIV. Effective date: 20131018 Owner name: SOWTHEAST UNIV. Effective date: 20131018 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210096 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 226600 NANTONG, JIANGSU PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20131018 Address after: 226600 South Industry Zone, Haian Town, Haian County, Nantong, Jiangsu Patentee after: Nantong Yongtai Magnet Manufactory Co., Ltd. Patentee after: Southeast University Address before: 210096 Jiangsu city Nanjing Province four pailou No. 2 Patentee before: Southeast University |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120704 Termination date: 20181112 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |