CN104774022A - 一种多孔陶瓷的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用可再分散乳胶粉制备多孔陶瓷的方法。其技术方案是：首先，将陶瓷混合粉放入球磨机共磨，制成均匀共磨料；其次，将共磨料、可再分散乳胶粉、减水剂和水按比例放入变频高速匀浆机，高速搅拌，制成乳胶均分散浆料；再次，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；然后，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于70～100℃热处理24～48小时，脱模得到坯体；最后，将坯体于110～150℃干燥20～24小时，在高温窑中于1500～1700℃煅烧4～6小时，得到多孔陶瓷。本发明多孔陶瓷的制备方法，用可再分散乳胶粉做造孔剂，实现了孔结构的可设计性和工艺流程的可控性。本发明采用振动浇注方法成型，并且坯体干燥收缩小，实现了异形构件的近净尺寸成型；本发明工艺流程简单，精确可控，制备周期短、易于规模化生产。

Description

一种多孔陶瓷的制备方法
技术领域
本发明属于多孔陶瓷制备工艺技术领域，具体涉及一种利用可再分散乳胶粉做造孔剂制备多孔陶瓷的方法。
背景技术
多孔陶瓷是近年来备受关注的一种新型陶瓷材料，其主要是利用材料中孔结构与材质相结合而具有的独特性质来达到所需要的功能。多孔陶瓷具有热导率低、电导率低、透过性高、比表面积大、硬度高、耐磨损、耐高温、抗腐蚀等优良性能，可用作催化剂载体、传感器、过滤材料、透气材料、隔热保温材料、生物功能材料等，目前已广泛应用于能源、化工、冶金、医药、食品、航空航天、军事装备、环保等诸多领域。随着孔结构控制水平的不断提高以及新材质的不断涌现，多孔陶瓷的应用领域也在不断拓宽。正是由于其优异的性能和广泛应用，多孔陶瓷引起了材料科学界的极大兴趣，并得到了迅速发展。
多孔陶瓷的制备工艺有很多种，可按照孔结构形成方法和工艺成熟度来划分：有研究历史较长、技术相对成熟的传统制备工艺，如颗粒堆积法、添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法、挤压成型法等；有研究历史较短、仍处于实验室阶段的新型制备工艺，如凝胶注模工艺、凝胶注模结合发泡工艺、溶胶凝胶结合发泡工艺等。传统制备工艺具有工艺流程简单、制备周期短、易于实现规模化生产等优点，但也各具缺点，如颗粒堆积法气孔率低，添加造孔剂法孔分布均匀性差，不适合制备高气孔率制品，有机泡沫浸渍法制品形状密度不易控制，发泡法工艺条件不易控制，挤压成型法不能制备小孔径、异形制品。新型制备工艺从理论上可实现制品材质和孔结构的可设计性，工艺流程精细可控，缺点是成本高昂，工艺复杂，毒性大，推广难度大。
针对现有工艺技术存在的问题，开发新型制备工艺，实现材质和孔结构的可设计性以及工艺流程的可控性，成为多孔陶瓷行业的一项重要课题。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，提供一种多孔陶瓷的制备方法，其原理是：用可再分散乳胶粉做造孔剂，利用水合氧化铝的胶凝反应对再分散的乳胶胶粒进行原位固化，并利用水分蒸发留下的通道将乳胶胶粒高温热解、氧化产生的气体排出，从而避免多孔陶瓷开裂。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤一，将陶瓷混合粉放入球磨机共磨24～48小时，得到均匀共磨料；
步骤二，将共磨料、共磨料5～15wt％的可再分散乳胶粉、共磨料0.05～0.2wt％的Castment FS60减水剂、共磨料10～25wt％的水放入变频高速匀浆机，高速搅拌5～10分钟，使可再分散乳胶粉完全分散于水中，得到乳胶均分散浆料；
步骤三，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；
步骤四，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于70～100℃热处理24～48小时，脱模得到坯体；
步骤五，将坯体于110～150℃干燥20～24小时，在高温窑中于1500～1700℃煅烧4～6小时，得到多孔陶瓷。
所述陶瓷混合粉为下列陶瓷混合粉中的一种：(1)质量比为90∶10的氧化铝微粉与水合氧化铝的陶瓷混合粉，(2)质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与轻质氧化镁的陶瓷混合粉，(3)质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与石英微粉的陶瓷混合粉。
所述可再分散乳胶粉包括但不限于纯乙酸乙烯酯均聚乳胶粉、丙烯酸聚合物乳胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉，它是其中的任意一种。可再分散乳胶粉胶粒粒径1～7μm，体积密度≤0.5g/cm3。
与现有技术相比，本发明带来的有益效果为：用可再分散乳胶粉替代传统造孔剂，实现了多孔陶瓷中孔隙的均匀分布；通过控制可再分散乳胶粉的胶粒粒径和加入量，实现了孔结构的可设计性；本发明的工艺，采用振动浇注成型，且坯体干燥收缩小，易于近净尺寸成型异形构件；本发明工艺流程简单，精确可控，制备周期短、易于规模化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，并非对其保护范围的限制。
实施例1
步骤一，将质量比为90∶10的氧化铝微粉与水合氧化铝的陶瓷混合粉放入球磨机共磨30小时，得到均匀共磨料；
步骤二，将共磨料、共磨料8wt％的醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉、共磨料0.08wt％的Castment-FS60、共磨料16wt％的水放入变频高速匀浆机，高速搅拌8分钟，使醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉完全分散于水中，得到乳胶均分散浆料；
步骤三，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；
步骤四，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于80℃热处理28小时，脱模得到坯体；
步骤五，将坯体于110℃干燥24小时，在高温窑中于1700℃煅烧6小时，得到多孔陶瓷。
本实施例所制备的多孔陶瓷为氧化铝多孔陶瓷，其主要物理性能是：密度为0.9-1.0g/cm3，孔隙率为65-66％，气孔孔径集中于0.5-6μm，耐压强度为25-30MPa。
实施例2
步骤一，将质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与轻质氧化镁的陶瓷混合粉放入球磨机共磨30小时，得到均匀共磨料；
步骤二，将共磨料、共磨料12wt％的乙酸乙烯酯均聚乳胶粉、共磨料0.09wt％的Castment-FS60、共磨料20wt％的水放入变频高速匀浆机，高速搅拌9分钟，使乙酸乙烯酯均聚乳胶粉完全分散于水中，得到乳胶均分散浆料；
步骤三，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；
步骤四，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于80℃热处理36小时，脱模得到坯体；
步骤五，将坯体于110℃干燥24小时，在高温窑中于1650℃煅烧6小时，得到多孔陶瓷。
本实施例所制备的多孔陶瓷为铝镁尖晶石多孔陶瓷，其主要物理性能是：密度为0.8-0.9g/cm3，孔隙率为68-70％，气孔孔径集中于0.5-6μm，耐压强度为15-20MPa。
实施例3
步骤一，将质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与石英微粉的陶瓷混合粉放入球磨机共磨40小时，得到均匀共磨料；
步骤二，将共磨料、共磨料15wt％的纯丙烯酸聚合物乳胶粉、共磨料0.15wt％的Castment-FS60、共磨料25wt％的水放入变频高速匀浆机，高速搅拌10分钟，使纯丙烯酸聚合物乳胶粉完全分散于水中，得到乳胶均分散浆料；
步骤三，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；
步骤四，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于80℃热处理48小时，脱模得到坯体；
步骤五，将坯体于110℃条件干燥24小时，在高温窑中于1620℃煅烧6小时，得到多孔陶瓷。
本实施例所制备的多孔陶瓷为莫来石多孔陶瓷，其主要物理性能是：密度为0.7-0.8g/cm3，孔隙率为70-75％，气孔孔径集中于0.5-6μm，耐压强度为10-15MPa。

Claims (4)

1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于包括下列步骤：
步骤一，将陶瓷混合粉放入球磨机共磨24～48小时，得到均匀共磨料；
步骤二，将共磨料、共磨料5～15wt％的可再分散乳胶粉、共磨料0.05～0.2wt％的Castment FS60减水剂、共磨料10～25wt％的水放入变频高速匀浆机，高速搅拌5～10分钟，使可再分散乳胶粉完全分散于水中，得到乳胶均分散浆料；
步骤三，将乳胶均分散浆料注入模具，振动成型；
步骤四，将浇注成型体连同模具一起置入电热鼓风干燥箱，于70～100℃热处理24～48小时，然后脱模，得到坯体；
步骤五，将坯体于110～150℃干燥20～24小时，在高温窑中于1500～1700℃煅烧4～6小时，得到多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述陶瓷混合粉为下列陶瓷混合粉中的一种：(1)质量比为90∶10的氧化铝微粉与水合氧化铝的陶瓷混合粉，(2)质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与轻质氧化镁的陶瓷混合粉，(3)质量比为62∶10∶28的氧化铝微粉、水合氧化铝与石英微粉的陶瓷混合粉。
3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述可再分散乳胶粉包括但不限于纯乙酸乙烯酯均聚乳胶粉、丙烯酸聚合物乳胶粉、醋酸乙烯酯与乙烯共聚乳胶粉，它是其中的任意一种。可再分散乳胶粉胶粒粒径1～7μm，体积密度≤0.5g/cm3。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多孔陶瓷的制备方法所制备的多孔陶瓷。
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