CN107778028A - 一种氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体公开一种氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用。所述氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；将所述前驱体胶体置于马弗炉中低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。本发明提供的氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，工艺简单，操作方便，以铝、锆、钇的硝酸盐为主要原料，添加尿素或水溶性淀粉做为低温燃料，降低烧结温度，降低生产成本，同时，尿素或水溶性淀粉作为还原剂还原铝、锆、钇的硝酸盐，通过低温引燃得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。

Description

一种氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用。
背景技术
氧化铝基多孔陶瓷具有耐高温、抗腐蚀、电绝缘性优良、介电损耗小、高孔隙率等优点，使其在气体和液体过滤器、催化剂载体、高级保温材料、生物材料和传感器等方面具有广泛的应用前景。
目前现有的制备氧化铝基多孔陶瓷的方法主要有添加造孔剂法、颗粒堆积法、发泡法、溶胶凝胶法、有机泡沫浸渍法等，上述制备工艺都需采用烧结工艺，由于氧化铝为离子键化合物，扩散系数低，熔点高，使得氧化铝陶瓷需在较高温度(通常为1600℃)下烧结才能实现烧结，无形中增加了氧化铝基多孔陶瓷的制造成本。
发明内容
针对现有技术烧结温度高，成本高等问题，本发明提供一种氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(3)将所述前驱体胶体置于马弗炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
相对于现有技术，本发明提供的氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，工艺简单，操作方便，以铝、锆、钇的硝酸盐为主要原料，添加尿素或水溶性淀粉作为低温燃料，降低烧结温度，降低生产成本，同时，尿素或水溶性淀粉作为还原剂还原铝、锆、钇的硝酸盐，通过低温引燃得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
进一步地，本发明还提供了氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法。该制备方法，包括以下步骤：
(11)将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(12)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(13)将所述前驱体胶体置于马弗炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(14)将氧化铝基多孔陶瓷粉体进行压制成型处理后，在马弗炉中进行烧结处理，得到氧化铝基多孔陶瓷材料。
相对于现有技术，本发明提供的氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，以铝、锆、钇的硝酸盐为主要原料，添加尿素或水溶性淀粉做为低温燃料，降低烧结温度，降低生产成本；同时，尿素或水溶性淀粉作为还原剂还原铝、锆、钇的硝酸盐，燃烧后分别生成纳米氧化铝、氧化锆、氧化钇，其中氧化铝作为多孔陶瓷基体，纳米氧化铝可改善多孔陶瓷的孔隙结构，氧化锆附着在氧化铝基体的表面，可以抑制氧化铝晶粒的长大，起到稳定孔隙结构的作用，氧化钇作为稳定剂，增大氧化锆以四方晶相存在的可能；而烧结过程中，过量的尿素或水溶性淀粉作为造孔剂使陶瓷材料形成微孔，纳米氧化铝、氧化锆、氧化钇和低温燃料协同作用，改善了氧化铝基多孔陶瓷材料的孔隙结构和机械性能，使氧化铝基多孔陶瓷孔隙率>50％，吸水率介于26％～30％，材料弯曲强度介于35～46MPa。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中氧化铝基多孔陶瓷材料断面的SEM图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，该氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝、锆、钇的硝酸盐水溶液进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(3)将所述前驱体胶体置于马弗炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
优选地，所述铝、锆、钇的硝酸盐分别为Al(NO3)3·9H2O、Zr(NO3)4·5H2O、Y(NO3)3·6H2O，作为氧化剂提供铝、锆、钇离子，燃烧后分别生成纳米氧化铝、氧化锆、氧化钇，其中氧化铝作为多孔陶瓷基体，纳米氧化铝可改善多孔陶瓷的孔隙结构，氧化锆附着在氧化铝基体的表面，可以抑制氧化铝晶粒的长大，起到稳定孔隙结构的作用，氧化钇作为稳定剂，增大氧化锆以四方晶相存在的可能，可进一步改善氧化铝基多孔陶瓷材料的孔隙结构和机械性能。
优选地，所述铝、锆、钇硝酸盐的质量比为93～100:0～5:0～2，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
优选地，所述尿素或水溶性淀粉的加入量为原料混合液总重量的20～30wt％，作为低温燃料，同时在低温引燃过程中作为还原剂还原铝、锆、钇硝酸盐，在生成的氧化物粉体中含有过量的尿素或水溶性淀粉，可以作为陶瓷材料的造孔剂。
优选地，所述加热温度为50～70℃，搅拌速度为100～200r/min，得到体系均匀的粉体前驱体胶体。
优选地，所述铝、锆、钇硝酸盐纯度≥98％。
本发明实施例提供的氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，工艺简单，操作方便，以铝、锆、钇的硝酸盐为主要原料，添加尿素或水溶性淀粉做为低温燃料，降低烧结温度，降低生产成本，同时，尿素或水溶性淀粉作为还原剂还原铝、锆、钇的硝酸盐，通过低温引燃得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
本发明在提供该氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法的前提下，还进一步提供了氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法。
在一实施例中，该制备方法包括以下步骤：
(11)将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(12)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(13)将所述前驱体胶体置于马弗炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(14)将氧化铝基多孔陶瓷粉体进行压制成型处理后，在马弗炉中进行烧结处理，得到氧化铝基多孔陶瓷材料。
下面对上述制备方法做进一步的解释说明：
优选地，所述压制成型处理的压力为20～30MPa，将氧化铝基多孔陶瓷粉体进行压制成型。
优选地，所述烧结处理的温度为1350～1500℃，得到氧化铝基多孔陶瓷材料。
本方法制备工艺简单，以铝、锆、钇的硝酸盐为主要原料，添加尿素或水溶性淀粉做为低温燃料，降低烧结温度，降低生产成本；同时，尿素或水溶性淀粉作为还原剂还原铝、锆、钇的硝酸盐，燃烧后分别生成纳米氧化铝、氧化锆、氧化钇，其中氧化铝作为多孔陶瓷基体，纳米氧化铝可改善多孔陶瓷的孔隙结构，氧化锆附着在氧化铝基体的表面，可以抑制氧化铝晶粒的长大，起到稳定孔隙结构的作用，氧化钇作为稳定剂，增大氧化锆以四方晶相存在的可能；而烧结过程中，过量的尿素或水溶性淀粉作为造孔剂使陶瓷材料形成微孔，纳米氧化铝、氧化锆、氧化钇和低温燃料协同作用，改善了氧化铝基多孔陶瓷材料的孔隙结构和机械性能，使氧化铝基多孔陶瓷孔隙率>50％，吸水率介于26％～30％，材料弯曲强度介于35～46MPa。
为了更好的说明本发明实施例提供的氧化铝基多孔陶瓷粉体及其制备方法和应用，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取1500g、86g、4.8g的硝酸铝、硝酸锆、硝酸钇3500mL去离子水进行混合，加入320g的尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将原料混合液置于水浴加热锅中加热至50℃，并以100r/min搅拌，直至全部溶液形成胶状物，得到粉体前驱体胶体；
(3)将前驱体胶体置于马弗炉中进行300℃引燃，制得氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(4)将上述粉体在20MPa的压力下成型，并于马弗炉中以10℃/min的速度升温至1400℃，保温2h，制得氧化铝基多孔陶瓷材料。
所得氧化铝基多孔陶瓷材料吸水率为26.6％，开孔率为51.7％，弯曲强度37.8MPa。
实施例2
氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取1500g、128.8g、6.8g的硝酸铝、硝酸锆、硝酸钇3500mL去离子水进行混合，加入320g的尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将原料混合液置于水域加热锅中加热至50℃，并以200r/min搅拌，直至全部溶液形成胶状物，得到粉体前驱体胶体；
(3)将上述前驱体胶体置于马弗炉中进行350℃引燃，制得氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(4)将上述粉体在25MPa的压力下成型，并于马弗炉中以10℃/min的速度升温至1450℃，保温2h，制得氧化铝基多孔陶瓷材料。
所得氧化铝基多孔陶瓷材料吸水率为28.2％，开孔率为54.1％，弯曲强度42.3MPa。
实施例3
氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)分别取1500g、171.6g、9.2g的硝酸铝、硝酸锆、硝酸钇与3500mL去离子水水进行混合，加入320g的尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将原料混合液置于水域加热锅中加热至60℃，并150r/min搅拌，直至全部溶液形成胶状物，得到粉体前驱体胶体；
(3)将上述前驱体胶体置于马弗炉中进行400℃引燃，制得氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(4)将上述粉体在25MPa的压力下成型，并于马弗炉中以10℃/min的速度升温至1350℃，保温2h，制得氧化铝基多孔陶瓷材料。
所得到的氧化铝基多孔陶瓷材料吸水率为26.1％，开孔率为51.2％，弯曲强度36.9MPa。
为了更好的说明本发明实施例提供的氧化铝基多孔陶瓷材料的特性，下面将实施例3制备的氧化铝基多孔陶瓷材料，进行断面SEM测试，结果如图1所示。
从图中可以看出，采用本发明提供的方法制备得到的氧化铝基多孔陶瓷材料具有优异的孔隙结构，说明纳米氧化铝可改善多孔陶瓷的孔隙结构，氧化锆附着在氧化铝基体的表面，可以抑制氧化铝晶粒的长大，起到稳定孔隙结构的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氧化铝基多孔陶瓷粉体的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(2)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(3)将所述前驱体胶体置于加热炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体。
2.如权利要求1所述的氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于：所述铝、锆、钇的硝酸盐分别为Al(NO3)3·9H2O、Zr(NO3)4·5H2O、Y(NO3)3·6H2O。
3.如权利要求1所述的氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于：所述铝、锆、钇的硝酸盐的质量比为93～100:0～5:0～2。
4.如权利要求1所述的氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于：所述尿素或水溶性淀粉的加入量为原料混合液总重量的20～30wt％。
5.如权利要求1所述的氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于：所述加热的温度为50～70℃，所述搅拌处理的搅拌速度为100～200r/min。
6.如权利要求1-5任一项所述的氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于：所述铝、锆、钇的硝酸盐纯度≥98％。
7.一种氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(11)将铝、锆、钇的硝酸盐与去离子水进行混合，并加入尿素或水溶性淀粉，得到原料混合液；
(12)将所述原料混合液进行加热、搅拌处理，得到粉体前驱体胶体；
(13)将所述前驱体胶体置于马弗炉中，于300～400℃条件下进行低温引燃，得到氧化铝基多孔陶瓷粉体；
(14)将氧化铝基多孔陶瓷粉体进行压制成型处理后，在马弗炉中进行烧结处理，得到氧化铝基多孔陶瓷材料。
8.如权利要求7所述的氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述压制成型处理的压力为20～30MPa。
9.如权利要求7所述的氧化铝基多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于：所述烧结处理的温度为1350～1500℃。
10.一种氧化铝基多孔陶瓷粉体，其特征在于，所述氧化铝基多孔陶瓷粉体由上述权利要求1-6任一项所述方法制备获得。
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