CN110642593A

CN110642593A - 一种陶瓷造孔剂的制备方法

Info

Publication number: CN110642593A
Application number: CN201910974963.4A
Authority: CN
Inventors: 张勇
Original assignee: Qingdao Yanhai Carbon Material Co Ltd
Current assignee: Qingdao Yanhai Carbon Material Co Ltd
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2020-01-03

Abstract

本发明公开了一种陶瓷造孔剂的制备方法。陶瓷造孔剂的制备方法包括以下步骤：S1、将天然鳞片石墨加入高速纳米研磨机中，加入分散助剂、水、润湿剂和消泡剂，研磨3‑5小时，制成石墨纳米薄片；S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为160‑200℃，干燥至含水量为1.5‑2.5%。本发明的陶瓷造孔剂具有消失温度低，利用该造孔剂制备的多孔陶瓷具有孔隙尺寸小、分布均匀的、孔隙率高且无造孔残留物的优点。

Description

一种陶瓷造孔剂的制备方法

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，更具体地说，它涉及一种陶瓷造孔剂的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷是一类含有孔隙结构的陶瓷材料，具有孔隙率高、体密度小、比表面积发达等特点，常见的多孔陶瓷制备方法主要包括造孔剂法、颗粒堆积法、发泡法等，其中造孔剂法操作简单而且可在保证陶瓷制品高气孔率的同时获得较好的强度，得到了广泛的应用。

目前多孔陶瓷用造孔剂分为两大类，第一类为无机造孔剂，通过在特定温度下分解产生大量气体或者在陶瓷成型后用酸、碱等溶液浸出而获得孔隙，氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵等高温下可以分解的无机盐以及煤粉、木炭等均为该类造孔剂；第二类是有机造孔剂，可在高温烧结条件下被氧化从而形成孔隙，淀粉、聚乙烯醇、尿素、甲基丙烯酸甲脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等均为有机造孔剂。

利用常规造孔剂制备多孔陶瓷操作相对简单，一般情况下成本不高，但是由于常规造孔剂颗粒过大，难以在陶瓷基体中分散均匀，导致利用其制备获得的多孔陶瓷孔隙分布均匀性差、尺寸较大，且两类造孔剂均需要在高温烧结条件下才能排除，消失温度高，成本较高。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种陶瓷造孔剂的制备方法，其具有消失温度低，利用该造孔剂制备的多孔陶瓷具有孔隙尺寸小、分布均匀的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种陶瓷造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将天然鳞片石墨加入高速纳米研磨机中，加入分散助剂、水、润湿剂和消泡剂，研磨3-5小时，制成石墨纳米薄片；

S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为160-200℃，干燥至含水量为1.5-2.5％。

通过采用上述技术方案，由于经过研磨的石墨纳米薄片经高温喷雾处理后，瞬间失去水分，并在喷力的作用下，卷曲成类球状石墨颗粒，在陶瓷基体中可分散均匀，且烧结时随着晶粒粒界不断移动，晶粒长大，气孔逐渐迁移到粒界上而使得气孔分布较为均匀，且石墨造孔剂的消失温度低，造孔后无造孔残留物。

进一步地，所述陶瓷造孔剂中原料的重量百分比为：4.5-5.5％天然鳞片石墨、3.5-4.5％分散助剂、1.5-2.5％润湿剂、0.3-0.7％消泡剂、余量为水。

通过采用上述技术方案，原料配比合理，含量较多的水，可使天然石墨在研磨时分散均匀，并便于高温喷雾时消除。

进一步地，所述陶瓷造孔剂中原料的重量百分比为：5％天然鳞片石墨、4％分散助剂、2％润湿剂、0.5％消泡剂、余量为水。

通过采用上述技术方案，陶瓷造孔剂各原料的配比更加精确，使陶瓷造孔剂在陶瓷基体中无造孔残留物，并分布较为均匀。

进一步地，所述石墨纳米薄片的粒径为50-80μm。

通过采用上述技术方案，粒径为50-80μm的石墨纳米薄片在受到高温喷雾干燥时，能卷曲成类球形的石墨颗粒，以便于在陶瓷基体中分散均匀。

进一步地，所述润湿剂为乙二醇。

进一步地，所述分散助剂为羧甲基纤维素。

通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素能提高天然石墨鳞片乳液的稳定性，降低体系黏度，使天然石墨鳞片充分分散。

进一步地，所述消泡剂为聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠和聚乙烯醇中的一种或几种的组合物。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠和聚乙烯醇能加快天然石墨的分散，且能使天然石墨鳞片充分溶胀分散。

进一步地，所述天然鳞片石墨的纯度≥99％，粒度为50-325目。

进一步地，所述陶瓷造孔剂的应用如下：将陶瓷造孔剂按照1-20％的掺量添加到陶瓷基体中，机械搅拌10-15min，搅拌转速为180-200r/min，混合均匀，在650-700℃下烧结成型。

通过采用上述技术方案，陶瓷基体与造孔剂混合后，烧结温度低，在650-700℃时，晶粒彼此接触形成团聚体，烧结体内的孔隙较多，气孔率较大，且随着晶粒的不断移动，气孔分布较为均匀。

进一步地，所述陶瓷基体包括以下重量百分比的组分：17-18％氧化铝、4-6％氢氧化铝、40-45％滑石粉、21-23％煅烧高岭土、5-7％生高岭土、6-8％二氧化硅。

通过采用上述技术方案，石墨制成的造孔剂可在由各原料制成的陶瓷基体中形成分布均匀，且孔径大小呈梯度分布的孔隙。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、由于本发明采用天然石墨鳞片与分散助剂等原料制成石墨纳米薄片，再将其进行高温喷雾干燥处理，石墨纳米薄片中的水分蒸发，石墨纳米薄片卷曲成类球状石墨颗粒，在陶瓷基体中分散均匀，且在烧结时，能在陶瓷基体中形成均匀分布的纳米级孔隙，孔隙率高，烧结后没有残留物，烧结温度较低，易于去除。

第二、本发明中的制备方法简单，易于现有技术结合，可实现工业化生产。

附图说明

图1是本发明实施例1制备的陶瓷造孔剂在100μm下的电镜扫描图；

图2是本发明实施例1制备的陶瓷造孔剂在50μm下的电镜扫描图；

图3是本发明实施例1制备的陶瓷造孔剂在30μm下的电镜扫描图；

图4是本发明实施例1制备的陶瓷造孔剂在10μm下的电镜扫描图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例

实施例1-5中羧甲基纤维素选自佛山市德中化工科技有限公司出售的货号为N-612的羧甲基纤维素，聚丙烯酰胺选自廊坊盛泉环保科技有限责任公司出售的货号为AN910SEP的聚丙烯酰胺，三聚磷酸钠选自苏州华欣旭化工科技有限公司出售的货号为HXX21的三聚磷酸钠，聚乙烯醇选自广州万绿化工有限公司出售的牌号为BP-17的聚乙烯醇。

实施例1：一种陶瓷造孔剂，其原料配比如表1所示，该陶瓷造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将4.5kg天然鳞片石墨加入高速纳米研磨机中，加入3.5kg分散助剂、90.2kg水、1.5kg润湿剂和0.3kg消泡剂，研磨3小时，研磨机转速为18000r/min，制成粒径为50μm的石墨纳米薄片；

其中天然鳞片石墨的纯度为99％，粒度为32目，分散助剂为羧甲基纤维素，润湿剂为乙二醇，消泡剂为聚丙烯酰胺；

S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为160℃，干燥至含水量为2.5％。

本实施例制备的陶瓷造孔剂的应用如下：将3g陶瓷造孔剂按照1％的掺量添加到300g陶瓷基体中，机械搅拌10min，搅拌转速为200r/min，混合均匀，在650℃下烧结成型，其中陶瓷基体包括以下质量百分比的组分：17％氧化铝、4％氢氧化铝、45％滑石粉、21％煅烧高岭土、5％生高岭土和8％二氧化硅。

表1实施例1-5中陶瓷造孔剂的原料配比

实施例2：一种陶瓷造孔剂，其原料配比如表1所示，该陶瓷造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将4.8kg天然鳞片石墨加入高速纳米研磨机中，加入3.8kg分散助剂、89.2kg水、1.8kg润湿剂和0.4kg消泡剂，研磨4小时，研磨机转速为16000r/min，制成粒径为65μm的石墨纳米薄片；

其中天然鳞片石墨的纯度为99％，粒度为200目，分散助剂为羧甲基纤维素，润湿剂为乙二醇，消泡剂为三聚磷酸钠；

S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为180℃，干燥至含水量为2％。

本实施例制备的陶瓷造孔剂的应用如下：将20g陶瓷造孔剂按照10％的掺量添加到200g陶瓷基体中，机械搅拌13min，搅拌转速为190r/min，混合均匀，在680℃下烧结成型，其中陶瓷基体包括以下质量百分比的组分：18％氧化铝、5％氢氧化铝、43％滑石粉、22％煅烧高岭土、6％生高岭土和6％二氧化硅。

实施例3：一种陶瓷造孔剂，其原料配比如表1所示，该陶瓷造孔剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、将5kg天然鳞片石墨加入高速纳米研磨机中，加入4kg分散助剂、88.5kg水、2kg润湿剂和0.5kg消泡剂，研磨5小时，研磨机转速为14000r/min，制成粒径为80μm的石墨纳米薄片；

其中天然鳞片石墨的纯度为99％，粒度为325目，分散助剂为羧甲基纤维素，润湿剂为乙二醇，消泡剂为聚乙烯醇；

S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为200℃，干燥至含水量为1.5％。

本实施例制备的陶瓷造孔剂的应用如下：将5g陶瓷造孔剂按照20％的掺量添加到25g陶瓷基体中，机械搅拌15min，搅拌转速为180r/min，混合均匀，在700℃下烧结成型，其中陶瓷基体包括以下质量百分比的组分：17.5％氧化铝、6％氢氧化铝、40％滑石粉、23％煅烧高岭土、7％生高岭土和6.5％二氧化硅。

实施例4-5：一种陶瓷造孔剂的制备方法，与实施例1的区别在于，其原料配比如表1所示。

应用例

应用例1-5：将3g实施例1-5制备的陶瓷造孔剂、丙烯酸酯共聚物、木炭和煤粉按照1％的掺量添加到300g陶瓷基体中，机械搅拌10min，搅拌转速为200r/min，混合均匀，烧结成型，制得应用例1-8，其中陶瓷基体包括以下质量百分比的组分：17％氧化铝、4％氢氧化铝、45％滑石粉、21％煅烧高岭土、5％生高岭土和8％二氧化硅，应用例1-8中造孔剂和烧结温度入表2所示。

表2应用例1-8中造孔剂和烧结温度

项目	造孔剂	烧结温度/℃
			应用例1	实施例1	650
应用例2	实施例2	650
			应用例3	实施例3	650
应用例4	实施例4	650
			应用例5	实施例5	650
应用例6	丙烯酸酯共聚物	1100
			应用例7	木炭	1050
应用例8	煤粉	950

性能检测试验

将应用例1-8制备的陶瓷基体按照以下方法进行检测，并将检测结果记录于表3中：

1、孔隙率：按照阿基米德排水法进行检测；

2、弯曲强度：按照GB/T1965-1996《多孔陶瓷弯曲强度试验方法》进行检测；

3、平均孔径：利用Auto Pore IV9500全自动压泵仪进行检测。

表3应用例1-8制备的陶瓷基体的检测结果

由表3中数据可以看出，将实施例1-5制备的陶瓷造孔剂应用于陶瓷基体的制备中，可在多孔陶瓷中获得分布均匀，且尺寸为纳米级的孔隙结构，含有均匀分布的纳米级孔隙的多孔陶瓷，有利于提高多孔陶瓷的强度等性能。

而应用例6中使用丙烯酸酯共聚物作为造孔剂，掺入陶瓷基体中制备的多孔陶瓷的孔隙率小，且平均孔径大，弯曲强度降低。

应用例7中使用木炭作为多孔陶瓷的造孔剂，多孔陶瓷的孔隙率比应用例1-5小，且平均孔隙增大，孔隙在陶瓷中分布不均匀。

应用例8中使用煤粉作为造孔剂，煤粉掺入陶瓷基体中制成的多孔陶瓷孔隙率降低，平均孔径变大，孔隙在多孔陶瓷中分布不均匀。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims

1.一种陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S2、对石墨纳米薄片进行高温喷雾干燥处理，喷雾温度为160-200℃，干燥至含水量为1.5-2.5%。

2.根据权利要求1所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述陶瓷造孔剂中原料的重量百分比为：4.5-5.5%天然鳞片石墨、3.5-4.5%分散助剂、1.5-2.5%润湿剂、0.3-0.7%消泡剂、余量为水。

3.根据权利要求2所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述陶瓷造孔剂中原料的重量百分比为：5%天然鳞片石墨、4%分散助剂、2%润湿剂、0.5%消泡剂、余量为水。

4.根据权利要求2-3任一项所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述石墨纳米薄片的粒径为50-80μm。

5.根据权利要求2-3任一项所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述润湿剂为乙二醇。

6.根据权利要求2-3任一项所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述分散助剂为羧甲基纤维素。

7.根据权利要求2-3任一项所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述消泡剂为聚丙烯酰胺、三聚磷酸钠和聚乙烯醇中的一种或几种的组合物。

8.根据权利要求2-3任一项所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述天然鳞片石墨的纯度≥99%，粒度为32-325目。

9.根据权利要求1所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述陶瓷造孔剂的应用如下：将陶瓷造孔剂按照1-20%的掺量添加到陶瓷基体中，机械搅拌10-15min，搅拌转速为180-200r/min，混合均匀，在650-700℃下烧结成型。

10.根据权利要求9所述的陶瓷造孔剂的制备方法，其特征在于，所述陶瓷基体包括以下重量百分比的组分：17-18%氧化铝、4-6%氢氧化铝、40-45%滑石粉、21-23%煅烧高岭土、5-7%生高岭土、6-8%二氧化硅。