CN104016703B - 一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于无机非金属材料技术领域的一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法。所述超轻质闭孔陶瓷的配方按重量百分比计为：5-60％陶瓷颗粒、0.01-5％发泡剂，余量为水。所述制备方法是将陶瓷颗粒、长链表面活性剂和水按比例混合，得到颗粒稳定泡沫；将此泡沫直接在干燥，后经高温烧结得超轻质闭孔陶瓷；其中气孔均匀，闭气孔率高，密度小且强度高；本发明适合制备不同尺寸、复杂形状的泡沫陶瓷材料。该超轻质陶瓷具有较高的强度、较低的体积密度和导热系数，制备方法具有成本低廉，工艺简单，环境友好等特点，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及泡沫陶瓷制备技术领域，特别是涉及一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是指具有大量彼此相通或闭合的气孔的陶瓷材料。由于内部具有相互贯通的微孔或空洞，使它具有密度低、透过性好、热导率小、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等诸多优良的性能，被广泛应用到能源、生物、化工、建筑、航天航空等诸多领域。泡沫陶瓷的性能与应用范围由孔径的大小、形状、数量以及分布等因素，以及材料本身的性质所决定。因此，泡沫的稳定性是影响泡沫陶瓷性能的重要因素。而如何制备气孔率高于80％以上的闭合气孔多孔材料已成为泡沫陶瓷研发、生产的关键。
泡沫陶瓷的传统制备方法有颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法、发泡法、添加造孔剂法、凝胶注模法、冷冻干燥法等。
有机泡沫浸渍法是将有机泡沫在料浆中浸渍、再经干燥、排胶、烧结而制得多孔材料。通过此方法得到孔连通率较高的开孔多孔陶瓷，但强度较低。添加造孔剂法是在陶瓷配料中添加有机或无机造孔剂，在排胶烧结过程中，造孔剂离开基体而形成气孔来制备泡沫陶瓷。造孔剂颗粒的形状和添加量决定了泡沫陶瓷材料的气孔形状和气孔率。此方法可排胶过程较长，不适合制备高气孔率的泡沫陶瓷。发泡法是向陶瓷组分中添加有机或无机化学物质，通过搅拌或化学反应等产生挥发性气体而产生泡沫，再经干燥和烧成制得泡沫陶瓷。此方法较容易制备出较高孔隙率的泡沫陶瓷，但泡沫稳定性较难控制。
发明内容
本发明的目的是提出一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，将含有陶瓷颗粒的浆料与长链表面活性剂混合，1500rpm高速搅拌均匀得到超稳定泡沫浆料，然后将泡沫浆料在室温下干燥，烧结得到超轻闭孔陶瓷。
所述超轻质闭孔陶瓷的配方按重量百分比计为：5-50％陶瓷颗粒、0.01-5％长链表面活性剂，余量为水。
所述烧结温度为1500-2000℃的高温烧结，保温时间1.5-3小时，得到闭孔气孔率高达85％以上的泡沫闭孔陶瓷；具体烧结温度与时间根据陶瓷浆料所用陶瓷颗粒选择。
所述陶瓷颗粒中为氧化物或氮化物中的一种或一种以上；所述氧化物陶瓷颗粒为氧化铝颗粒和氧化锆颗粒；氮化物陶瓷颗粒为氮化硅颗粒。
所述长链表面活性剂为阳离子、阴离子、非离子或两性表面活性剂中的一种或两种的混合物。
所述得到超轻闭孔陶瓷的内部为封闭气孔，孔径为10μm-1mm。
所述超轻质闭孔陶瓷的封闭气孔的孔体积，相对于超轻质闭孔陶瓷的体积，具有80％-98％的孔体积。
所述超轻质闭孔陶瓷具有0.1-0.4W/m·K的导热系数。
本发明的有益效果是制备工艺简单有效，通过简单的操作步骤，即可获得理想的泡沫陶瓷材料，节省了繁琐的排胶过程，是一种成本低廉，环境友好的超轻质泡沫陶瓷制备方法。所得泡沫陶瓷的气孔均匀，闭气孔率高，密度小且强度高；本发明适合制备不同尺寸、复杂形状的泡沫陶瓷材料。具有泡沫陶瓷耐弱酸性好，抗腐蚀、耐冲刷等特点，能广泛的应用于1000℃-1800℃工业窑炉的保温蓄热材料，也可应用于各种高温酸性、高湿度、高气流冲刷的恶劣环境。本发明原料成本低，工艺简单，具有较广泛的应用前景。
具体实施方式
本发明提供一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，下面结合具体实施例对本发明作详细说明，但并不因此而限制本发明的内容。
除非另有说明外，实施例中原料的配比均为质量百分比。
实施例1：氧化铝超轻闭孔泡沫陶瓷的制备
选取氧化铝颗粒10％，与90％水混合，球磨20h后，得到氧化铝浆料。向内添加0.01％的阴离子表面活性剂并高速搅拌(1500rpm)。得到的颗粒稳定泡沫浆料在空气中干燥24小时，后在1550℃的空气气氛下烧结，保温时间2.5小时。获得的泡沫陶瓷密度为0.2g/cm3，闭气孔率90％，孔径50μm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。
实施例2:氮化硅超轻闭孔陶瓷的制备
选取氮化硅颗粒30％，与70％水混合，球磨20h后，得到氮化硅浆料。向内添加1％的曲拉通并高速搅拌(1500rpm)。得到的颗粒稳定泡沫在空气中干燥24小时，后在1790℃的氮气气氛下烧结，保温时间1.8小时。获得的泡沫陶瓷密度为0.7g/cm3，闭气孔率80％，孔径80μm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。
实施例3：氧化锆闭孔超轻陶瓷的制备
选取氧化锆颗粒50％，与50％水混合，球磨10h后，得到氧化锆浆料。向内添加5％的溴化十六烷基三甲铵并高速搅拌(1500rpm)。得到的颗粒稳定泡沫在空气中干燥24小时，后在1770度氮气气氛下烧结，保温时间2小时。获得的泡沫陶瓷密度为0.2g/cm3，闭气孔率90％，孔径50μm，均匀分布在陶瓷烧结体中。
Claims (6)
1.一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，将含有陶瓷颗粒的浆料与长链表面活性剂混合，1500rpm高速搅拌均匀得到超稳定泡沫浆料，然后将泡沫浆料在室温下干燥，烧结得到超轻闭孔陶瓷；其特征在于，
所述超轻质闭孔陶瓷的配方按重量百分比计为：5-50％陶瓷颗粒、0.01-5％长链表面活性剂，余量为水；其中长链表面活性剂为阳离子表面活性剂的溴化十六烷基三甲铵；
所述烧结温度为1500-2000℃的高温烧结，保温时间1.5-3小时，得到闭孔气孔率高达85％以上的泡沫闭孔陶瓷；具体烧结温度与时间根据陶瓷浆料所用陶瓷颗粒选择，所述超轻质闭孔陶瓷具有0.1-0.4W/m·K的导热系数。
2.根据权利要求1所述的超轻质闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷颗粒为氧化物或氮化物中的一种或一种以上；所述氧化物陶瓷颗粒为氧化铝颗粒和氧化锆颗粒；氮化物陶瓷颗粒为氮化硅颗粒。
3.根据权利要求1所述的超轻质闭孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述得到超轻闭孔陶瓷的内部为封闭气孔，孔径为10μm-1mm，所述超轻质闭孔陶瓷的封闭气孔的孔体积，相对于超轻质闭孔陶瓷的体积，具有80％-98％的孔体积。
4.一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，将含有陶瓷颗粒的浆料与长链表面活性剂混合，1500rpm高速搅拌均匀得到超稳定泡沫浆料，然后将泡沫浆料在室温下干燥，烧结得到超轻闭孔陶瓷；其特征在于，选取氧化铝颗粒10％，与90％水混合，球磨20h后，得到氧化铝浆料，向内添加0.01％的阴离子表面活性剂并以1500rpm高速搅拌，得到的颗粒稳定泡沫浆料在空气中干燥24小时，后在1550℃的空气气氛下烧结，保温时间2.5小时；获得的泡沫陶瓷密度为0.2g/cm3，闭气孔率90％，孔径50μm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。
5.一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，将含有陶瓷颗粒的浆料与长链表面活性剂混合，1500rpm高速搅拌均匀得到超稳定泡沫浆料，然后将泡沫浆料在室温下干燥，烧结得到超轻闭孔陶瓷；其特征在于，选取氮化硅颗粒30％，与70％水混合，球磨20h后，得到氮化硅浆料，向内添加1％的曲拉通并以1500rpm高速搅拌，得到的颗粒稳定泡沫在空气中干燥24小时，后在1790℃的氮气气氛下烧结，保温时间1.8小时，获得的泡沫陶瓷密度为0.7g/cm3，闭气孔率80％，孔径80μm，呈均匀分布在陶瓷烧结体中。
6.一种超轻质闭孔陶瓷的制备方法，将含有陶瓷颗粒的浆料与长链表面活性剂混合，1500rpm高速搅拌均匀得到超稳定泡沫浆料，然后将泡沫浆料在室温下干燥，烧结得到超轻闭孔陶瓷；其特征在于，选取氧化锆颗粒50％，与50％水混合，球磨10h后，得到氧化锆浆料，向内添加5％的溴化十六烷基三甲铵并以1500rpm高速搅拌，得到的颗粒稳定泡沫在空气中干燥24小时，后在1770℃氮气气氛下烧结，保温时间2小时，获得的泡沫陶瓷密度为0.2g/cm3，闭气孔率90％，孔径50μm，均匀分布在陶瓷烧结体中。
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