CN101618972A - 一种多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents
一种多孔陶瓷及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101618972A CN101618972A CN200910090067A CN200910090067A CN101618972A CN 101618972 A CN101618972 A CN 101618972A CN 200910090067 A CN200910090067 A CN 200910090067A CN 200910090067 A CN200910090067 A CN 200910090067A CN 101618972 A CN101618972 A CN 101618972A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slurry
- solidifying agent
- wet base
- obtains
- porous ceramics
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 22
- IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 1-methyl-2,4-dioxo-1,3-diazinane-5-carboximidamide Chemical compound CN1CC(C(N)=N)C(=O)NC1=O IXPNQXFRVYWDDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 235000010413 sodium alginate Nutrition 0.000 claims abstract description 19
- 239000000661 sodium alginate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229940005550 sodium alginate Drugs 0.000 claims abstract description 19
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000002585 base Substances 0.000 claims description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 32
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N Tert-Butanol Chemical compound CC(C)(C)O DKGAVHZHDRPRBM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052588 hydroxylapatite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D pentacalcium;hydroxide;triphosphate Chemical compound [OH-].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[Ca+2].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O XYJRXVWERLGGKC-UHFFFAOYSA-D 0.000 claims description 14
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 claims description 12
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 claims description 12
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 claims description 12
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 claims description 12
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 claims description 12
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- PHOQVHQSTUBQQK-SQOUGZDYSA-N D-glucono-1,5-lactone Chemical compound OC[C@H]1OC(=O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O PHOQVHQSTUBQQK-SQOUGZDYSA-N 0.000 claims description 9
- 235000012209 glucono delta-lactone Nutrition 0.000 claims description 9
- 229960003681 gluconolactone Drugs 0.000 claims description 9
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 9
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Chemical compound CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K aluminium trichloride Chemical compound Cl[Al](Cl)Cl VSCWAEJMTAWNJL-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 8
- ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N calcium nitrate Chemical compound [Ca+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O ZCCIPPOKBCJFDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims description 7
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 claims description 5
- UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L Calcium chloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Ca+2] UXVMQQNJUSDDNG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims description 4
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims description 4
- -1 dimethylamino-propyl Chemical group 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 3
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 2
- FEKRFYZGYUTGRY-UHFFFAOYSA-N n'-ethylmethanediimine Chemical compound CCN=C=N FEKRFYZGYUTGRY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004513 sizing Methods 0.000 abstract 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 28
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 15
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 9
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000009415 formwork Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 208000037656 Respiratory Sounds Diseases 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 4
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 3
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 3
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical group O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- 206010011376 Crepitations Diseases 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 230000036541 health Effects 0.000 description 2
- GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N hydron Chemical compound [H+] GPRLSGONYQIRFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 2
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 2
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 2
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 2
- FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 6-{[2-carboxy-4,5-dihydroxy-6-(phosphanyloxy)oxan-3-yl]oxy}-4,5-dihydroxy-3-phosphanyloxane-2-carboxylic acid Chemical compound O1C(C(O)=O)C(P)C(O)C(O)C1OC1C(C(O)=O)OC(OP)C(O)C1O FHVDTGUDJYJELY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 229940072056 alginate Drugs 0.000 description 1
- 235000010443 alginic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229920000615 alginic acid Polymers 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N tunicamycin Natural products CC(C)CCCCCCCCCC=CC(=O)NC1C(O)C(O)C(CC(O)C2OC(C(O)C2O)N3C=CC(=O)NC3=O)OC1OC4OC(CO)C(O)C(O)C4NC(=O)C MEYZYGMYMLNUHJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种多孔陶瓷及其制备方法。该制备方法,包括以下步骤:1)用海藻酸钠与陶瓷粉制备出固相含量为2%-30%浆料;2)将步骤1)得到的浆料注入模具,喷覆固化剂,脱模后得到湿坯A;3)将步骤2)得到的湿坯A在酸性环境下脱水,得到湿坯B;4)将步骤3)得到的湿坯B进行溶剂置换,得到湿坯C;5)将步骤4)得到的湿坯C进行干燥、烧结,得到多孔陶瓷。本发明生产的多孔陶瓷的样品开口气孔率高,且在40%-80%之间可控;具有较高的强度,可以满足机加工和使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属陶瓷领域,特别涉及一种多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种经高温烧成,体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料,它具有化学稳定性好、耐腐蚀、耐高温、孔道分布均匀、发达的比表面积,良好的透过性能和生物相容性等特点。因此,它被广泛用于化工、石油、冶炼、纺织、制药、食品机械、水泥等领域。譬如污水净化、熔融金属及酸碱溶液的过滤分离、催化剂载体等等。这类多孔陶瓷材料种类多,要求高,比如对于过滤材料,要求产品开口气孔率高,孔径分布窄且为直通孔结构,对流体阻力小,透过性能好;而催化剂载体要求产品孔道排列均匀,具有低流动阻力,高比表面积,短扩散路径。然而,目前传统的成型制备方法已难以满足要求。如现使用的添加造孔剂法,气孔分布不均匀;模板法虽然可以得到六方有序排列的孔道结构,但难以制备微米级孔径的多孔陶瓷,且工艺复杂、成本高;而冷冻干燥法制备的多孔陶瓷不具有高度平行有序排列的孔道结构;挤出成型法制备的多孔蜂窝陶瓷虽然具有均匀的显微结构和有序排列的孔道结构,但难以制备较小孔径的多孔陶瓷,且对挤出物料的塑性要求较高。这些都限制了多孔陶瓷的应用领域,是该材料发展中急需要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷及其制备方法,利用该制备方法提供的多孔陶瓷开口气孔率高,强度高。
本发明提供的多孔陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
1)用海藻酸钠与陶瓷粉制备出固相含量为2%-30%浆料;
2)将步骤1)得到的浆料注入模具,喷覆固化剂,脱模后得到湿坯A;
3)将步骤2)得到的湿坯A在酸性环境下脱水,得到湿坯B;
4)将步骤3)得到的湿坯B进行溶剂置换,得到湿坯C;
5)将步骤4)得到的湿坯C进行干燥、烧结,得到多孔陶瓷。
上述步骤1)中制备浆料的方法包括以下步骤:将海藻酸钠溶于水,形成浓度为0.5%-3%的海藻酸钠溶液,然后与所述陶瓷粉或陶瓷粉的悬浮液混合,球磨得到所述浆料;所述海藻酸钠溶液与陶瓷粉的质量之比为(7-49)∶(1-3);所述陶瓷粉是氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)或羟基磷灰石(HAP)。
上述步骤2)中,喷覆固化剂的方法包括以下步骤:在所述浆料的表面均匀喷施固化剂,待固化剂覆盖住所述的浆料表面后,将剩余固化剂充入模具。所述固化剂与浆料的质量之比为1∶(3-6)。固化剂的用量只要达到本领域中的过量均可。
在一个实施例中,所述固化剂是浓度为0.5mol/L-2mol/L的氯化钙水溶液、氯化铝水溶液和/或硝酸钙水溶液。由于要保证整个工艺的环保特性,所以别的一些可用的离子,如Cu2+和Ba2+没有采用。
当浆料表面均匀喷覆固化剂(以Ca2+为例)后会发生如下反应形成一层“初始薄膜”:
Ca2++2NaAlg→Ca(Alg)2+2Na+
这层膜是由反应生成的无定形的海藻酸钙组成,结构比较致密,只允许低分子量的电解质透过,Ca2+透过“初始薄膜”与浆料发生反应。初始薄膜下一定厚度内孔隙结构分布不均匀,这层结构的厚度占整个湿坯厚度的比例很小。
海藻酸钠高分子链在Ca2+的作用下凝结在一起,形成“蛋盒”(egg-box)状结构,如图1所示,宏观表现为凝胶体积收缩。由于透过初始薄膜向下渗透的Ca2+分布均匀,所以离子凝胶反应发生后形成分布均匀且形状大小一致的孔结构。凝胶形成后,多余的水分释放到孔道结构中,固相颗粒随着海藻酸钠一起固化形成孔壁。随着Ca2+在水中的进一步渗透扩散,于是在渗透方向上形成均匀的管状孔道结构。
在另一个实施例中,为了提高多孔陶瓷的强度,所述步骤2)中,浆料在球磨之后和注模之前加入明胶,加热搅拌溶解,加入明胶占浆料质量的百分比为0.5%-2%。如果浆料中加有明胶,所述固化剂可以是A与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)组成的混合溶液:所述A为氯化钙、氯化铝和硝酸钙中的至少一种;所述A在所述混合溶液中的浓度为0.5mol/L-2mol/L,所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺在所述混合溶液中的浓度为0.1mol/L-1mol/L。
喷覆固化剂后,经过24-48小时,可以脱模,切去顶部和底部后得到湿坯A。
为了得到多孔结构,浆料中的固相含量只占2%-30%(质量百分比),这样制成的湿坯的固相含量也较低,所以当湿坯干燥时容易坍塌,因此需要将湿坯在酸性环境中将机体内多余的水分脱出。为了避免较大的pH值梯度造成坯体收缩的不均匀和出于环保的目的,本发明选择了葡萄糖酸内酯作为氢离子源,通过葡萄糖酸内酯在水中的缓慢水解释放来提供氢离子。所以,上述步骤3)中的酸性环境下脱水是将步骤2)得到的湿坯A置于葡萄糖酸内酯溶液中进行脱水,该脱水步骤进行时的温度是60℃,所用时间是12小时~24小时;所述葡萄糖酸内酯的浓度为0.15-0.5g/ml。
上述步骤4)中的溶剂置换所用的溶剂是乙醇、丙酮或叔丁醇,优选是乙醇或叔丁醇。溶剂置换的方法:将坯体放入盛有置换用的溶剂的容器中,使所述溶剂浸没坯体12~24小时。无论对于冷冻干燥还是室温缓慢干燥,溶剂置换都是必须的。对于冷冻干燥,因为水结冰7%-9%的体积膨胀会使坯体产生裂纹,所以我们使用乙醇或叔丁醇置换坯体孔道内的水避免体积效应;而对于室温缓慢干燥,由于乙醇或叔丁醇的表面张力比水小很多,所以能最大限度地保持孔道结构完好,减小干燥收缩。
上述步骤5)中干燥是冷冻干燥或室温干燥;所述烧结的方法包括:以速率为5-50℃/min升温,烧结温度为1200-1600℃,在1200-1600℃时的烧结时间是1~2小时。
上述方法所制备的多孔陶瓷也属于本发明的保护范围制备。
样品的孔径大小、强度及透过性能可以通过固相含量、烧结温度以及添加剂等来进行控制。随着固相含量的增加,样品的孔径变小,孔壁变厚,强度增大,透过率降低;随着烧结温度的升高,样品的孔径变小,孔壁变得更加致密,强度逐渐增大,透过率降低;增加样品的强度还可以通过在浆料中加入明胶,固化时加入EDC,利用明胶和EDC的交联来进一步增加样品的强度。
本发明具有以下优点:
1)整个工艺过程无毒无污染,绿色环保;
2)成本低,经济性好;
3)样品开口气孔率高,且在40%-80%之间可控;
4)样品孔道呈高度有序排列,且相互平行;
5)具有较高的强度,可以满足机加工和使用要求。
附图说明
图1为海藻酸钠与Ca2+反应形成的“蛋盒”状结构。
图2为不加明胶的陶瓷制备流程图。
图3为加明胶的陶瓷制备流程图。
图4为不同固相含量样品的表面形貌,其中a的固相含量为5%(质量百分含量);b的固相含量为10%;c的固相含量为15%;d的固相含量为20%。
图5为使用不同干燥方法制得样品的表面形貌,(a)溶剂置换+冷冻干燥,(b)溶剂置换+室温空气干燥,(c)室温空气干燥。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但本发明并不限于以下实施例。
下述实施例中,如无特殊说明,均为常规方法。
实施例1:用于制备碳纳米管的多孔氧化铝模板的制备
1、用于制备碳纳米管的多孔氧化铝模板的制备
制备流程如图2所示。
将10g氧化铝粉末超声分散于190g浓度为1.5%(质量百分含量)的海藻酸钠溶液中,此时,海藻酸钠溶液与陶瓷粉的质量之比为190∶10=19∶1,球磨4h,形成固相含量为5%(质量百分含量)的浆料200g,其中固相含量=固相粉末质量/浆料总重量,浆料总重量=固相粉末质量+海藻酸钠溶液质量。
然后将均匀分散的浆料注入模具(烧杯)中,喷覆浓度为2mol/L的CaCl2水溶液,待形成一薄膜覆盖住浆料表面后,将剩余固化剂充入模具。其中,所用固化剂总量为40g,也即固化剂与浆料的质量之比为1∶5。静止36小时后脱模,切去顶部和底部,得到湿坯。
将湿坯置于0.15g/ml的葡萄糖酸内酯溶液中升温至60℃保持24小时,再置于乙醇中进行溶剂置换24小时。溶剂置换的方法:将坯体放入盛有无水乙醇的容器中,使无水乙醇浸没坯体24小时。
将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥(冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的,温度为-50℃),然后以速率为25℃/min升温,在1600℃下烧结1小时,即得到用于制备碳纳米管的多孔氧化铝模板。
2、分析检测
制备的多孔氧化铝模板的图片如图4a所示,孔隙分布均匀,呈六方排列,孔径约为250μm左右。该多孔氧化铝模板的开口气孔率是72%;强度是26.7MPa.
其中开口气孔率的测定方法为:
a.将试样加工成规则形状,精确测量其尺寸(精确值0.01mm),计算体积V;
b.将干燥试样在天平上准确称重(精确至0.01g),测得试样干燥质量m1;
c.将试样置于烧杯中加入蒸馏水使试样完全被淹没,置于真空干燥箱内抽真空,直至样品没有气泡冒出,此时样品充分吸水饱和;
d.将上述饱和试样表面多余水分轻轻擦去,在电子天平上称量其饱和吸水后的质量m2(精确至0.01g);
将所测数据代入下式计算显气孔率和体积密度,结果保留三位有效数字。
式中:q-试样的开口气孔率,%;
强度的测定方法为:
试样加工成直径Φ=20mm的圆柱进行抗压强度测试,每组3~5个试样,测试仪器为长春科新仪器有限公司生产的WDW3020型万能试验机。
强度=压力/面积
实施例2:制备羟基磷灰石(HAP)多孔陶瓷及分析
1、制备HAP多孔陶瓷
制备流程如图2所示。
在90g浓度为1.5%(质量百分比)的海藻酸钠溶液中加入10g HAP粉末,此时海藻酸钠溶液与HAP粉末的质量之比为9∶1,球磨4h,形成固相含量为10%(质量百分比)的浆料100g。
然后将浆料注模,往浆料表面均匀喷施浓度为1.5mol/L的CaCl2水溶液,待固化剂覆盖浆料表面后,将剩余固化剂充入模具。其中,所用固化剂的总量为25g,也即固化剂与浆料的质量之比为1∶4。静置2天后脱模,切去顶部和底部,得到湿坯。
将湿坯置于0.3g/ml葡萄糖酸内酯溶液中加热至60℃保持12小时,再使用乙醇按照下述方法进行溶剂置换。溶剂置换的方法:将坯体放入盛有无水乙醇的容器中,使无水乙醇浸没坯体12小时。
将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥(冷冻干燥是北京博医康仪器有限公司生产的FD-1A-50型冷冻干燥机中进行的,温度为-50℃),然后以速率为10℃/min升温,在1400℃下烧结2小时,得到羟基磷灰石(HAP)多孔陶瓷。
HAP多孔陶瓷具有良好的生物相容性,用本方法制备的HAP多孔陶瓷孔径大于1μm,应用范围较广,如作为微生物的固定基底,催化化合物的新陈代谢。
2、分析检测
制备的HAP多孔陶瓷的图片如图4b所示,样品孔隙分布均匀,呈六方排列,且孔径在200μm左右。
按照实施例1提供的方法测定该HAP多孔陶瓷的开口气孔率是67%
强度是39.2MPa。
实施例3:制备氧化铝多孔陶瓷盘
1、制备氧化铝多孔陶瓷盘
制备流程如图3所示。
将37.5g(平均粒径为350nm)的氧化铝粉超声分散于87.5ml水中,形成125g悬浮液,然后与浓度为2%(质量百分比)的海藻酸钠溶液125g混合,所用海藻酸钠溶液与所用氧化铝粉的质量之比为125∶37.5=10∶3,球磨4小时后,形成固相含量为15%(质量百分含量)的具有良好流动性的浆料250g。
往上述浆料中加入2.5g明胶(北京化学试剂公司),明胶占浆料的质量百分比为1%,加热至60℃充分溶解。
将含有明胶的浆料注模,往注模后的浆料表面均匀喷施固化剂,该固化剂是含有CaCl2与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺(EDC)的混合溶液(该混合溶液中CaCl2的浓度为1mol/L,所述EDC的浓度为0.2mol/L;所述混合溶液(固化剂)是50g,也即该混合溶液与浆料的质量之比为1∶5),待形成一薄膜覆盖住所述浆料表面后,将剩余固化剂充入模具。静置24小时后脱模,切去顶部和底部,得到湿坯。
将湿坯置于0.45g/ml的葡萄糖酸内酯溶液中升温至60℃保持18小时,然后将得到的坯体按照下述4种方法进行干燥。然后以速率为35℃/min升温,在1500℃下烧结1.5小时,即得到氧化铝多孔陶瓷盘。
(1)室温空气中干燥:将坯体直接置于空气中干燥,干燥后坯体收缩非常大,而且产生很多裂纹。这是由于室温下水巨大的表面张力所致。
(2)冷冻干燥:将坯体置于低温低压下,使冰升华得到干燥坯体的一种方法。这种方法显著的优点在于坯体的收缩很小。
(3)溶剂置换+空气中干燥:将坯体置于叔丁醇中进行溶剂置换18小时,再将经溶剂置换过的坯体置于两块多孔陶瓷中间,在室温下(25℃)空气中缓慢干燥。为了降低溶剂的表面张力,可以选择丙酮、乙醇和叔丁醇等有机溶剂。
(4)溶剂置换+冷冻干燥:将坯体置于叔丁醇中进行溶剂置换18小时,再将经溶剂置换过的坯体进行冷冻干燥(-50℃)
2、不同干燥方法优化结果
室温空气中干燥,干燥后坯体收缩非常大,而且产生很多裂纹,这是由于室温下水巨大的表面张力所致;冷冻干燥,这种方法显著的优点在于坯体的收缩很小,冷冻过程中,水的密度变化为7.5×10-2,而叔丁醇的密度变化仅为3.4×10-4,如果将坯体直接冷冻干燥,水结冰造成的体积变化容易引起坯体开裂;溶剂置换空气中干燥,室温下水的表面张力为72.8×10-3N/m,而叔丁醇的表面张力仅为19.45×10-3N/m。经叔丁醇溶剂置换空气干燥的坯体无裂纹,总体收缩较大,但强度较高;溶剂置换冷冻干燥,可有效防止坯体开裂。
结果如图5所示,经过溶剂置换后,坯体(图5a和b)形貌完好,未出现裂纹,而未经过溶剂置换的样品(图5c)不仅收缩很大,而且出现裂纹。
从表1可以看出,未经过溶剂置换的样品收缩非常大,而冷冻干燥样品的干燥收缩率为空气干燥样品的一半,最大限度地控制了坯体的干燥收缩。为了减小坯体的收缩,所以实验中选择了叔丁醇溶剂置换结合冷冻干燥的工艺。
表1.不同干燥方法对样品干燥收缩率的影响
3、分析检测
本实施例制备的经溶剂置换以及冷冻干燥后,烧结而成的多孔陶瓷如图4c所示,孔隙分布比较均匀,孔径在160μm左右,孔壁较厚。
按照实施例1提供的方法,测定开口气孔率为62%;强度为47.6MPa。
实施例4、制备氧化铝多孔陶瓷盘
本实施例与实施例3的区别在于浆料中的固相含量为20%(质量百分含量),其余步骤完全相同。
本实施例制备的多孔陶瓷如图4d所示,孔隙分布较均匀且孔的形状为圆形,孔壁很厚,孔径约为100μm左右。
按照实施例1提供的方法,测定开口气孔率为46%;强度为62.4MPa。
综合图4a、4b、4c和4d,固相含量为5%(质量百分含量)、10%(质量百分含量)样品的孔径分布均匀,孔径约为200μm左右,且孔壁厚度随着固相含量升高略有增加;随着固相含量继续升高,孔径分布变得不均匀,孔壁变厚,固相含量15%(质量百分含量)样品孔径在150μm-200μm之间,而固相含量20%(质量百分含量)样品孔径减小至100μm左右。
Claims (10)
1、多孔陶瓷的制备方法,包括以下步骤:
1)用海藻酸钠与陶瓷粉制备出固相含量为2%-30%(质量百分比)浆料;
2)将步骤1)得到的浆料注入模具,喷覆固化剂,脱模后得到湿坯A;
3)将步骤2)得到的湿坯A在酸性环境下脱水,得到湿坯B;
4)将步骤3)得到的湿坯B进行溶剂置换,得到湿坯C;
5)将步骤4)得到的湿坯C进行干燥、烧结,得到多孔陶瓷。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤1)中制备浆料的方法包括以下步骤:将海藻酸钠溶于水,形成浓度为0.5%-3%(质量百分比)的海藻酸钠溶液,然后与所述陶瓷粉或陶瓷粉的悬浮液混合,球磨得到所述浆料;所述海藻酸钠溶液与陶瓷粉的质量之比为(7-49)∶(1-3);所述陶瓷粉是Al2O3、ZrO2或羟基磷灰石。
3、根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于:所述步骤2)中,固化剂与浆料的质量之比为1∶(3-6);喷覆固化剂的方法包括以下步骤:在所述浆料的表面均匀喷施固化剂,待形成一层覆盖住所述的浆料表面的薄膜后,将剩余固化剂充入模具。
4、根据权利要求1-3任一所述的方法,其特征在于:所述固化剂是浓度为0.5mol/L-2mol/L的氯化钙水溶液、氯化铝水溶液和/或硝酸钙水溶液。
5、根据权利要求1-3任一所述的方法,其特征在于:所述步骤2)中,浆料在球磨之后和注模之前加入明胶,加热搅拌溶解,加入明胶占浆料质量的百分比为0.5%-2%。
6、根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述固化剂是A与1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺组成的混合溶液:所述A为氯化钙、氯化铝和硝酸钙中的至少一种;所述A在所述混合溶液中的浓度为0.5mol/L-2mol/L,所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺在所述混合溶液中的浓度为0.1mol/L-1mol/L。
7、根据权利要求1-6任一所述的方法,其特征在于:所述步骤3)中的酸性环境下脱水是将步骤2)得到的湿坯A置于葡萄糖酸内酯溶液中进行脱水;该脱水步骤进行时的温度是60℃,所用时间是12-24小时;所述葡萄糖酸内酯的浓度为0.15-0.5g/ml。
8、根据权利要求1-7任一所述的方法,其特征在于:所述步骤4)中的溶剂置换所用的溶剂是乙醇或叔丁醇。
9、根据权利要求1-8任一所述的方法,其特征在于:所述步骤5)中干燥是冷冻干燥或室温干燥;所述烧结的方法包括:以速率为5-50℃/min升温,烧结温度为1200-1600℃,烧结时间是1-2小时。
10、权利要求1-9任一所述的方法所制备的多孔陶瓷。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100900678A CN101618972B (zh) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | 一种多孔陶瓷及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN2009100900678A CN101618972B (zh) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | 一种多孔陶瓷及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN101618972A true CN101618972A (zh) | 2010-01-06 |
CN101618972B CN101618972B (zh) | 2012-07-25 |
Family
ID=41512394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2009100900678A Expired - Fee Related CN101618972B (zh) | 2009-07-27 | 2009-07-27 | 一种多孔陶瓷及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN101618972B (zh) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103274704A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-04 | 清华大学 | 一种微米级蜂窝陶瓷及其孔径和孔壁尺寸的调控方法 |
CN103739285A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-04-23 | 中北大学 | 氧化物增韧多孔锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法 |
CN103739306A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 中国海洋大学 | 一种定向多孔特种水泥的制备方法 |
CN104291855A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-21 | 陕西科技大学 | 一种氯化钙表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法 |
CN104997643A (zh) * | 2015-07-19 | 2015-10-28 | 谢宝军 | 一种用于全瓷口腔修复体制作的原料及其快速成型方法 |
CN106747610A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-31 | 西安科技大学 | 一种多孔无铅压电陶瓷的制备方法 |
CN107324833A (zh) * | 2016-04-28 | 2017-11-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法 |
CN108704453A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-26 | 佛山市高明区爪和新材料科技有限公司 | 一种空气除湿剂的制备方法 |
CN109534817A (zh) * | 2017-09-21 | 2019-03-29 | 中南大学 | 一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法 |
CN109824268A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-31 | 常州市蓝勖化工有限公司 | 一种界面结合型高强微晶玻璃釉材料的制备方法 |
CN110400954A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-11-01 | 太原理工大学 | 一种在直通孔阳极支撑体上制备电解质薄膜的方法 |
CN111995422A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 中国科学技术大学 | 一种蜂窝状陶瓷材料的制备方法 |
CN115180927A (zh) * | 2021-04-01 | 2022-10-14 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 陶瓷微滤膜及其制备方法和应用 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04139079A (ja) * | 1990-10-01 | 1992-05-13 | Saga Pref Gov | 多孔質セラミックスの製造方法 |
CN1351927A (zh) * | 2001-12-14 | 2002-06-05 | 清华大学 | 计算机辅助无模成型陶瓷部件坯体的工艺 |
-
2009
- 2009-07-27 CN CN2009100900678A patent/CN101618972B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103274704B (zh) * | 2013-05-07 | 2014-09-24 | 清华大学 | 一种微米级蜂窝陶瓷及其孔径和孔壁尺寸的调控方法 |
CN103274704A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-09-04 | 清华大学 | 一种微米级蜂窝陶瓷及其孔径和孔壁尺寸的调控方法 |
CN103739285A (zh) * | 2013-11-21 | 2014-04-23 | 中北大学 | 氧化物增韧多孔锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法 |
CN103739285B (zh) * | 2013-11-21 | 2015-08-19 | 中北大学 | 氧化物增韧多孔锆钛酸铅压电陶瓷的制备方法 |
CN103739306A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 中国海洋大学 | 一种定向多孔特种水泥的制备方法 |
CN103739306B (zh) * | 2013-12-31 | 2015-03-11 | 中国海洋大学 | 一种定向多孔水泥的制备方法 |
CN104291855A (zh) * | 2014-09-29 | 2015-01-21 | 陕西科技大学 | 一种氯化钙表面助烧结的轻质陶粒及其制备方法 |
CN104997643B (zh) * | 2015-07-19 | 2019-03-08 | 谢宝军 | 一种用于全瓷口腔修复体制作的快速成型方法 |
CN104997643A (zh) * | 2015-07-19 | 2015-10-28 | 谢宝军 | 一种用于全瓷口腔修复体制作的原料及其快速成型方法 |
CN107324833A (zh) * | 2016-04-28 | 2017-11-07 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法 |
CN107324833B (zh) * | 2016-04-28 | 2020-07-14 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种多孔氮化硅陶瓷材料的制备方法 |
CN106747610A (zh) * | 2017-02-10 | 2017-05-31 | 西安科技大学 | 一种多孔无铅压电陶瓷的制备方法 |
CN109534817A (zh) * | 2017-09-21 | 2019-03-29 | 中南大学 | 一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法 |
CN108704453A (zh) * | 2018-05-31 | 2018-10-26 | 佛山市高明区爪和新材料科技有限公司 | 一种空气除湿剂的制备方法 |
CN109824268A (zh) * | 2019-02-25 | 2019-05-31 | 常州市蓝勖化工有限公司 | 一种界面结合型高强微晶玻璃釉材料的制备方法 |
CN110400954A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-11-01 | 太原理工大学 | 一种在直通孔阳极支撑体上制备电解质薄膜的方法 |
CN111995422A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-11-27 | 中国科学技术大学 | 一种蜂窝状陶瓷材料的制备方法 |
CN115180927A (zh) * | 2021-04-01 | 2022-10-14 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 陶瓷微滤膜及其制备方法和应用 |
CN115180927B (zh) * | 2021-04-01 | 2023-03-31 | 国家能源投资集团有限责任公司 | 陶瓷微滤膜及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101618972B (zh) | 2012-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101618972B (zh) | 一种多孔陶瓷及其制备方法 | |
Obada et al. | The impact of kaolin dehydroxylation on the porosity and mechanical integrity of kaolin based ceramics using different pore formers | |
CN110467385B (zh) | 一种利用固废材料的生态友好复合胶凝材料及其制备方法 | |
Jiang et al. | Influence of mineral additives and environmental conditions on the self-healing capabilities of cementitious materials | |
Ding et al. | Fabrication of mullite ceramics with ultrahigh porosity by gel freeze drying | |
US5171720A (en) | Porous ceramic sinter and process for producing same | |
CN101322919B (zh) | 微孔陶瓷分离膜的制备方法 | |
Huang et al. | Novel colloidal forming of ceramics | |
CN103658505B (zh) | 石膏铸粉 | |
CN110282995A (zh) | 一种基于纤维素气凝胶模板的多孔碳化硅木陶瓷制备方法 | |
CN109160824B (zh) | 一种基于MOFs的陶瓷多孔材料及其制备方法 | |
CN105130391B (zh) | 利用湖泊底泥和城市污泥微波烧结制备轻质陶粒的方法 | |
JP2019536657A (ja) | 先進的な養生装置及びその養生装置を使用する方法 | |
Ahmad et al. | Utilization of industrial and hazardous waste materials to formulate energy-efficient hygrothermal bio-composites | |
CN106892674A (zh) | 一种基于二相造孔剂体系冷冻塑型技术制备梯度定向多孔水泥的方法 | |
Pinel et al. | Towards poured earth construction mimicking cement solidification: demonstration of feasibility via a biosourced polymer | |
CN109437816A (zh) | 一种铝硅气凝胶复合板的制备方法 | |
CN101544507A (zh) | 泡沫陶瓷材料的制造方法 | |
CN105130487A (zh) | 用于生产过滤陶瓷的组合物以及过滤陶瓷及其制备方法和应用 | |
CN101844934A (zh) | 一种多孔Al2O3陶瓷的制备方法 | |
Novais et al. | Comparison of low and high pressure infiltration regimes on the density and highly porous microstructure of ceria ecoceramics made from sustainable cork templates | |
Garrido et al. | Effect of starch filler content and sintering temperature on the processing of porous 3Y–ZrO2 ceramics | |
CN115555512A (zh) | 一种防潮防结块覆膜砂及其制备方法 | |
CN108395232B (zh) | 一种高渗流速率的堇青石基多孔陶瓷的制备方法 | |
CN108409249A (zh) | 一种抗压透水砖的制备方法 |
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 | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120725 Termination date: 20150727 |
|
EXPY | Termination of patent right or utility model |