CN104311117A - 一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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本发明涉及一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。其技术方案是：以糖与铝硅质细粉为原料，糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.4～1.4)；再外加所述原料200～400wt%的水和1.0～7.0wt%的聚乙二醇，搅拌均匀，制得悬浮液；将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体；按混合粉体︰造孔剂的体积比为(4～10)︰1将混合粉体与造孔剂混合，得混合料，再将混合料升温至100～200℃，保温1～3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120～180℃的条件下发泡和固化8～25h，再将固化后的坯体升温至1350～1550℃，保温3～9h，即得莫来石泡沫陶瓷。本发明工艺简单和环境友好；所制备的莫来石泡沫陶瓷体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。

Description

一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于泡沫陶瓷技术领域。具体涉及一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种具有诸多优良特性的陶瓷材料，这种陶瓷的气孔率通常高达70~95%，其孔道结构是呈互相连接的迷宫式三维网状骨架结构的多孔体，其结构犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海绵体。泡沫陶瓷具有低容重、高孔隙率、良好的隔热性能、耐高温、高渗透率、高比表面积和复杂的孔道结构等特性，在净化分离、化工催化剂载体、高级保温材料和传感器材料方面获得了应用。
 莫来石(3Al2O3·2SiO2)是Al2O3-SiO2系统中十分稳定的一种二元化合物，它在铝硅系耐火材料与陶瓷中具有重要意义，具有熔点高(1830℃)、热导率低、热膨胀系数小、化学稳定性好和热稳定性好等特点。莫来石泡沫陶瓷材料具有较好的高温力学性能和良好的体积稳定性。
目前，莫来石泡沫陶瓷的制备方法主要有凝胶注模法和有机泡沫浸渍法。如“一种环保型轻质多孔莫来石陶瓷及其制备方法”(CN201110403604.7)专利技术采用凝胶注模法，该技术存在以下缺点：（1）由于使用丙烯酰胺凝胶体系，提高了成本，限制了产品的推广使用；（2）由于使用的有机单体具有一定的毒性，对人体健康和环境不利。又如“一种莫来石网孔泡沫陶瓷过滤器的制备方法”(CN201010596214.1)、“铸造用莫来石泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(CN201010596190.X)等专利技术均采用有机泡沫浸渍法，这些技术具有以下缺点：(1)制备过程包括制浆、挂浆、干燥和烧结等，这一制备过程工序复杂；(2)孔隙分布均匀性差；(3)制品产生细小裂纹甚至发生开裂；(4)在烧结阶段产生有毒气体，污染环境。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单和环境友好的莫来石泡沫陶瓷的制备方法。用该方法制备的莫来石泡沫陶瓷体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。
    为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：以糖与铝硅质细粉为原料，其中：糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.4~1.4)；再外加所述原料200~400wt%的水和1.0~7.0wt%的聚乙二醇，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰造孔剂的体积比为(4~10)︰1将混合粉体与造孔剂混合，得混合料，再将混合料升温至100~200℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120~180℃的条件下发泡和固化8~25h，再将固化后的坯体升温至1350~1550℃，保温3~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
    所述的糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种，糖的纯度大于99.0wt%。
    所述的铝硅质细粉的主要化学成分是：Al2O3的含量为70~77wt%，SiO2的含量为22~28wt%；铝硅质细粉的粒径小于44μm。
 所述的聚乙二醇的分子量为600、2000、4000和20000中的一种。
 所述的造孔剂为锯末、糠和淀粉中的一种，造孔剂的粒径小于74μm。
    所述的喷雾干燥设备的进风温度为170~230℃，出风温度为100~150℃，进料速度为30~50L/h。
由于采用上述技术方案，本发明与现有相比具有以下积极效果：
1、本发明以糖作为发泡剂，利用糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡，所产生的气泡通过铝硅质细粉吸附在气液界面和分散液粘度的增加被稳定，有利于形成均匀的气孔，最终形成相互连接的蜂窝状显微结构，具有较高的通孔率和强度。
2、本发明由于采用喷雾干燥法预混能使糖与铝硅质细粉混合的更为均匀；另由于铝硅质颗粒表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用，混合料能较均匀地分散在熔融的糖熔液中，使得发泡均匀，烧成时不易产生裂纹。
3、本发明工艺简单，整个制备过程无有害气体排放，利于环境保护。
4、本发明所制得的莫来石泡沫陶瓷的体积密度为0.15~0.50g/cm3，耐压强度达到3.90~11.35Mpa，显气孔率为84%~96%。
因此，本发明具有工艺简单和环境友好的特点；所制备的莫来石泡沫陶瓷体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
    为避免重复，先将本具体实施方式涉及的技术参数同一描述如下：
    所述果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖的纯度大于99.0wt%。
    所述的铝硅质细粉的主要化学成分是：Al2O3的含量为70~77wt%，SiO2的含量为22~28wt%；铝硅质细粉的粒径小于44μm。
 所述锯末、糠和淀粉的粒径小于74μm。
    所述的喷雾干燥设备的进风温度为170~230℃，出风温度为100~150℃，进料速度为30~50L/h。
实施例1
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与铝硅质细粉为原料，其中：果糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.4~0.6)；再外加所述原料200~300wt%的水和1.0~3.0wt%的聚乙二醇600，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰锯末的体积比为(4~6)︰1将混合粉体与锯末混合，得混合料，再将混合料升温至100~120℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120~150℃的条件下发泡和固化8~15h，再将固化后的坯体升温至1350~1450℃，保温3~6h，即得莫来石泡沫陶瓷。
    本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.15~0.20g/cm3；耐压强度达到3.90~5.2Mpa；显气孔率为94%~96%。
实施例2
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以蔗糖与铝硅质细粉为原料，其中：蔗糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.6~0.8)；再外加所述原料200~300wt%的水和3.0~5.0wt%的聚乙二醇2000，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰糠的体积比为(6~8)︰1将混合粉体与糠混合，得混合料，再将混合料升温至180~200℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在150~180℃的条件下发泡和固化20~25h，再将固化后的坯体升温至1350~1450℃，保温6~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.18~0.25g/cm3；耐压强度达到4.55~7.10Mpa；显气孔率为91%~94%。
实施例3
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以葡萄糖与铝硅质细粉为原料，其中：葡萄糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.8~1.0)；再外加所述原料300~400wt%的水和5.0~7.0wt%的聚乙二醇4000，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰淀粉的体积比为(8~10)︰1将混合粉体与淀粉混合，得混合料，再将混合料升温至150~180℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在150~180℃的条件下发泡和固化15~20h，再将固化后的坯体升温至1350~1450℃，保温3~6h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.22~0.30g/cm3；耐压强度达到5.96~7.50Mpa；显气孔率为91%~93%。
实施例4
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以麦芽糖与铝硅质细粉为原料，其中：麦芽糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(1.0~1.2)；再外加所述原料300~400wt%的水和1.0~3.0wt%的聚乙二醇20000，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰锯末的体积比为(4~6)︰1将混合粉体与锯末混合，得混合料，再将混合料升温至120~150℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在150~180℃的条件下发泡和固化10~15h，再将固化后的坯体升温至1450~1550℃，保温6~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.28~0.41g/cm3；耐压强度达到7.28~8.90Mpa；显气孔率为88%~90%。
实施例5
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与铝硅质细粉为原料，其中：果糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(1.2~1.4)；再外加所述原料200~300wt%的水和3.0~5.0wt%的聚乙二醇600，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰糠的体积比为(6~8)︰1将混合粉体与糠混合，得混合料，再将混合料升温至100~120℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120~150℃的条件下发泡和固化8~15h，再将固化后的坯体升温至1450~1550℃，保温3~6h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.38~0.50g/cm3；耐压强度达到9.10~11.35Mpa；显气孔率为84%~87%。
实施例6
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与铝硅质细粉为原料，其中：果糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.8~1.0)；再外加所述原料200~300wt%的水和1.0~3.0wt%的聚乙二醇2000，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰淀粉的体积比为(8~10)︰1将混合粉体与淀粉混合，得混合料，再将混合料升温至100~120℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120~150℃的条件下发泡和固化8~15h，再将固化后的坯体升温至1450~1550℃，保温3~6h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.23~0.31g/cm3；耐压强度达到6.16~7.90Mpa；显气孔率为91%~93%。
实施例7
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以蔗糖与铝硅质细粉为原料，其中：蔗糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.6~0.8)；再外加所述原料300~400wt%的水和3.0~5.0wt%的聚乙二醇4000，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰锯末的体积比为(6~8)︰1将混合粉体与锯末混合，得混合料，再将混合料升温至180~200℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在150~180℃的条件下发泡和固化20~25h，再将固化后的坯体升温至1450~1550℃，保温6~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.28~0.32g/cm3；耐压强度达到7.55~9.60Mpa；显气孔率为90%~91%。
实施例8
    一种莫来石泡沫陶瓷及其制备方法。以葡萄糖与铝硅质细粉为原料，其中：葡萄糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.8~1.0)；再外加所述原料300~400wt%的水和5.0~7.0wt%的聚乙二醇600，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体。
    按混合粉体︰糠的体积比为(6~8)︰1将混合粉体与糠混合，得混合料，再将混合料升温至150~180℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在150~180℃的条件下发泡和固化15~20h，再将固化后的坯体升温至1450~1550℃，保温6~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
本实施例所制得的莫来石泡沫陶瓷：体积密度为0.25~0.31g/cm3；耐压强度达到7.56~8.50Mpa；显气孔率为90%~93%。
 
本具体实施方式与现有相比具有以下积极效果：
1、本具体实施方式以糖作为发泡剂，利用糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡，所产生的气泡通过铝硅质细粉吸附在气液界面和分散液粘度的增加被稳定，有利于形成均匀的气孔，最终形成相互连接的蜂窝状显微结构，具有较高的通孔率和强度。
2、本具体实施方式由于采用喷雾干燥法预混能使糖与铝硅质细粉混合的更为均匀；另由于铝硅质颗粒表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用，混合料能较均匀地分散在熔融的糖熔液中，使得发泡均匀，烧成时不易产生裂纹。
3、本具体实施方式工艺简单，整个制备过程无有害气体排放，利于环境保护。
4、本具体实施方式所制得的莫来石泡沫陶瓷的体积密度为0.15~0.50g/cm3，耐压强度达到3.90~11.35Mpa，显气孔率为84%~96%。
因此，本具体实施方式具有工艺简单和环境友好的特点；所制备的莫来石泡沫陶瓷体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。

Claims (7)

1.一种莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于以糖与铝硅质细粉为原料，其中：糖︰铝硅质细粉的质量比为1︰(0.4~1.4)；再外加所述原料200~400wt%的水和1.0~7.0wt%的聚乙二醇，搅拌均匀，制得悬浮液；然后将悬浮液泵入喷雾干燥设备进行喷雾干燥，制得混合粉体；
    按混合粉体︰造孔剂的体积比为(4~10)︰1将混合粉体与造孔剂混合，得混合料，再将混合料升温至100~200℃，保温1~3h，得到混合料分散在糖熔液中的分散体系；然后将所述分散体系在120~180℃的条件下发泡和固化8~25h，再将固化后的坯体升温至1350~1550℃，保温3~9h，即得莫来石泡沫陶瓷。
2.    根据权利要求1所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种，糖的纯度大于99.0wt%。
3.    根据权利要求1所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的铝硅质细粉的主要化学成分是：Al2O3的含量为70~77wt%，SiO2的含量为22~28wt%；铝硅质细粉的粒径小于44μm。
4.根据权利要求1所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的聚乙二醇的分子量为600、2000、4000和20000中的一种。
5.根据权利要求1所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的造孔剂为锯末、糠和淀粉中的一种，造孔剂的粒径小于74μm。
6.    根据权利要求1所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于所述的喷雾干燥设备的进风温度为170~230℃，出风温度为100~150℃，进料速度为30~50L/h。
7.一种莫来石泡沫陶瓷，其特征在于所述莫来石泡沫陶瓷是根据权利要求1~6项中任意一项所述的莫来石泡沫陶瓷的制备方法所制备的莫来石泡沫陶瓷。
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