CN107200566A - 一种微孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种微孔陶瓷，该微孔陶瓷的原料组分包括氧化铝、氧化铁、氧化钾、氧化钙、氧化镁以及高岭土等。本发明的微孔陶瓷可用于采油作业、溶液过滤、生物酶载体和生物降解工艺中；同时简化生产工艺，降低成本。

Description

一种微孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种微孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
微孔陶瓷是通过高温烧成，在材料成形与烧结过程中材料体内形成大量彼此相通或闭合气孔的新型陶瓷材料。它的发展始于十九世纪七十年代，初期仅作为细菌过滤材料使用，随着控制材料的细孔结构水平的不断提高以及各种新材质高性能多孔陶瓷材料的不断出现，其应用领域和范围也在不断扩大。
微孔陶瓷具有热导率低、介电常数低、体积密度小、比表面积高及耐高温、化学稳定性好、强度高等独特的物理化学性能，在气液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物植入材料、特种墙体材料及传感器材料等多方面得到广泛地应用。
由于多孔陶瓷的共价键和复杂离子键的键合以及复杂的晶体结构而具有耐高温、耐腐蚀及热稳定性好的特点，当流体流经孔隙时，内外表面会产生各种各样的物理效应(如毛细虹吸效应等)。因而，多孔陶瓷材料可被用于固液分离、液体的过滤净化、气体的净化以及化学反应的催化剂载体等。目前，其应用已遍及环保、化工、冶金、医药及生物医学等领域。
公开号为CN 102643106A的中国专利申请公开了一种抑菌微孔陶瓷及其制造方法，所述抑菌微孔陶瓷的微孔中有AgO固体颗粒；微孔陶瓷的过滤精度为1微米～100微米，其具有亲水特性；制造微孔陶瓷的主要原料包括硅藻土。该抑菌微孔陶瓷用于过滤饮用水，其具有很好的抑菌性能，且过滤阻力小、制造成本低。
公开号为CN 104150949A的中国专利申请公开了一种微孔陶瓷，其特征在于，包括下列重量份数的物质：二甲基亚砜50-75份，氧化铜3-5份，三氯甲烷15-45份，氧化硅1.8-7.9份，乙酰丙酮铈15-20份，聚碳硅烷32-44份，瓷石45-61份，菱镁矿25-47份，硅灰石3-4.8份，水铝英石5-18份，二甲基苯胺11-15份，乙酰丙酮铪5-11份，甲苯份26-49份，乙酰丙酮铁10-19份，氧化锑5-9份。上述陶瓷属于微孔范畴，适合做催化剂的载体，吸附分离材料等；工艺相对简单，在一定程度上降低了成本，提升了应用潜力。
目前本领域中需要对用于微孔陶瓷类的原料组成做进一步改进，以提高微孔陶瓷的各项性能参数和适用范围，同时简化生产工艺，降低成本。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种微孔陶瓷，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝60-85％；氧化铁1-5％；氧化钾0.1-0.4％；氧化钙0.1-0.6％；氧化镁0.1-0.3％；以及高岭土10-38％。
在一个实施方案中，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝65-85％；氧化铁1-3％；氧化钾0.1-0.3％；氧化钙0.2-0.4％；氧化镁0.1-0.3％；以及高岭土10-35％。
在一个实施方案中，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝75-82％；氧化铁1.5-2％；氧化钾0.18-0.24％；氧化钙0.31-0.35％；氧化镁0.1-0.2％；以及高岭土10-25％。
在一个优选实施方案中，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝78％；氧化铁1.66％；氧化钾0.24％；氧化钙0.35％；氧化镁0.15％；以及高岭土19.6％。
在另一个优选实施方案中，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝82％；氧化铁1.86％；氧化钾0.21％；氧化钙0.33％；氧化镁0.2％；以及高岭土15.4％。
本发明还提供了一种所述微孔陶瓷的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨12-24小时；
(2)添加上述原料组分总重5-8％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间3-6s；
(4)将压制成型后的坯体均匀埋入氧化铝粉中，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度800-1000℃，保温14-38小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1200-1450℃，烧结时间20-60小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
其中，所述有机粘合剂包括非水溶性聚合物、主填充剂、表面活性剂和/或增塑剂。所述非水溶性聚合物包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯酯等；所述主填充剂包括石蜡(精制石蜡)、微晶石蜡、蜂蜡、萘等；所述表面活性剂包括硬脂酸、油酸、有机硅烷等；所述增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁酯、巴西棕榈蜡等。
在一个实施方案中，所述有机粘合剂包括精制石蜡10％、油酸5％、蜂蜡2％、巴西棕榈蜡1％。另外，有机粘合剂的具体成分和含量也可根据本领域技术人员的经验和实际需求获得，在此不作限制。
此外，本领域技术人员也可在本发明微孔陶瓷组分的基础上，根据需要采用其它微孔陶瓷的制备方法，其工艺流程和各项参数对本领域技术人员是已知的，或者可以通过经验或进行试验获得，在此不作限制。
本发明还涉及所述微孔陶瓷在采油作业、溶液过滤、生物酶载体或生物降解工艺中的用途。
本发明的微孔陶瓷其孔径尺寸可以达到0.05-30μm，孔隙率60-95％，比重≤1.38g/ml，耐磨性强。可应用于采油作业，化工类溶液过滤，各种饮料，啤酒过滤，发酵等，可以提高行业产品的质量。还能作为生物酶载体使用，在有机污水的生物降解工艺中也发挥重要作用。同时制备方法相对简单，成本低。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝78％；氧化铁1.66％；氧化钾0.24％；氧化钙0.35％；氧化镁0.15％；以及高岭土19.6％。
该实施例微孔陶瓷制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨15小时；
(2)添加上述原料组分总重5％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间5s；
(4)将压制成型后的坯体均匀掺入氧化铝粉，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度900℃，保温14小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1200℃，烧结时间45小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
产品孔径尺寸达到0.1-20μm，孔隙率91％，比重1.21g/ml，耐磨性优异。
实施例2
所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝82％；氧化铁1.86％；氧化钾0.21％；氧化钙0.33％；氧化镁0.2％；以及高岭土15.4％。
该实施例微孔陶瓷制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨18小时；
(2)添加上述原料组分总重8％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间5s；
(4)将压制成型后的坯体均匀掺入氧化铝粉，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度900℃，保温18小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1300℃，烧结时间30小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
产品孔径尺寸达到0.15-22μm，孔隙率87％，比重1.26g/ml，耐磨性优异。
实施例3
所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝75％；氧化铁1.5％；氧化钾0.2％；氧化钙0.35％；氧化镁0.15％；以及高岭土22.8％。
该实施例微孔陶瓷制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨24小时；
(2)添加上述原料组分总重6％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间6s；
(4)将压制成型后的坯体均匀掺入氧化铝粉，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度950℃，保温30小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1400℃，烧结时间25小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
产品孔径尺寸达到0.5-25μm，孔隙率75％，比重1.33g/ml，耐磨性优良。
实施例4
所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝65％；氧化铁3％；氧化钾0.3％；氧化钙0.4％；氧化镁0.3％；以及高岭土31％。
该实施例微孔陶瓷制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨12小时；
(2)添加上述原料组分总重6％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间3s；
(4)将压制成型后的坯体均匀掺入氧化铝粉，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度900℃，保温20小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1250℃，烧结时间35小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
产品孔径尺寸达到1-28μm，孔隙率69％，比重1.34g/ml，耐磨性良好。
实施例5
所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝85％；氧化铁1％；氧化钾0.4％；氧化钙0.3％；氧化镁0.3％；以及高岭土13％。
该实施例微孔陶瓷制备方法包括：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨24小时；
(2)添加上述原料组分总重8％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)将所述注射料投入注射成型机料筒内，安装模具并调试，然后进行压制，保压时间6s；
(4)将压制成型后的坯体均匀掺入氧化铝粉，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度1000℃，保温14小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1300℃，烧结时间30小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
产品孔径尺寸达到1.2-30μm，孔隙率65％，比重1.36g/ml，耐磨性良好。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝60-85％；氧化铁1-5％；氧化钾0.1-0.4％；氧化钙0.1-0.6％；氧化镁0.1-0.3％；以及高岭土10-38％。
2.如权利要求1所述的微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝65-85％；氧化铁1-3％；氧化钾0.1-0.3％；氧化钙0.2-0.4％；氧化镁0.1-0.3％；以及高岭土10-35％。
3.如权利要求1所述的微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝75-82％；氧化铁1.5-2％；氧化钾0.18-0.24％；氧化钙0.31-0.35％；氧化镁0.1-0.2％；以及高岭土10-25％。
4.如权利要求1所述的微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝78％；氧化铁1.66％；氧化钾0.24％；氧化钙0.35％；氧化镁0.15％；以及高岭土19.6％。
5.如权利要求1所述的微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷以重量百分比计包括以下原料组分：氧化铝82％；氧化铁1.86％；氧化钾0.21％；氧化钙0.33％；氧化镁0.2％；以及高岭土15.4％。
6.如权利要求1-5中任一项所述微孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将上述原料组分按所述重量百分比混合并球磨12-24小时；
(2)添加上述原料组分总重5-8％的有机粘合剂，在高速搅拌器中充分混合均匀，获得注射料；
(3)安装模具并调试，将所述注射料投入注射成型机料筒内，然后进行压制，保压时间3-6s；
(4)将压制成型后的坯体均匀埋入氧化铝粉中，放在匣钵里并放入脱脂炉中，温度800-1000℃，保温14-38小时，出炉后将坯体表面氧化铝粉清理干净；
(5)将脱脂后的坯体再次放入匣钵里并放入烧结炉中烧结，温度1200-1450℃，烧结时间20-60小时，然后出炉冷却，获得微孔陶瓷。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘合剂包括非水溶性聚合物、主填充剂、表面活性剂和/或增塑剂。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述有机粘合剂包括精制石蜡10％、油酸5％、蜂蜡2％、巴西棕榈蜡1％。
9.如权利要求1-5中任一项所述的微孔陶瓷，其特征在于，所述微孔陶瓷的孔径尺寸为0.05-30μm，孔隙率60-95％，比重≤1.38g/ml。
10.如权利要求1所述的微孔陶瓷在采油作业、溶液过滤、生物酶载体或生物降解工艺中的用途。
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