CN111548182A - 一种多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多孔陶瓷及其制备方法，所述多孔陶瓷包括以下重量份的组分：硬质瓷渣70‑85份、粘结剂12‑20份、发泡剂1‑6份和外加剂2‑5份，所述外加剂为质量比为(1‑3):1的高强石膏和乳化石蜡。本发明通过高强石膏与乳化石蜡的配合，使发泡速度与成型速度相匹配，保证了多孔陶瓷的质量稳定性，包括孔隙率及强度。而且本发明以硬质瓷渣为主要原料，解决了硬质瓷渣堆积对环境造成的污染，利于生态环境的建设。本发明的制备方法可控性好，有助于得到高气孔率高强度的多孔陶瓷。
Description
技术领域
本发明属于功能陶瓷技术领域，更具体地，涉及一种多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
目前，多孔陶瓷一般是由刚玉砂、碳化硅、堇青石等优质原料为主料，配以粘结剂和成孔剂等组分，经过成型和特殊高温烧结工艺制备的一种具有开孔孔径、高开口孔隙率的多孔性陶瓷材料，具有耐高温高压、抗腐蚀及良好的孔隙率、使用寿命长、产品再生性能好等优点。
但是，现有生产中存在着生产过程复杂且工艺条件不易控制、成本高、过程能耗大及污染较重等问题。另外，在陶瓷制品生产、使用过程中会伴随着产生大量废弃的陶瓷或不合格品，从而会造成环境污染和资源浪费。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多孔陶瓷及其制备方法。
本发明提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣70-85份、粘结剂12-20份、发泡剂1-6份、外加剂2-5份，所述外加剂为质量比为(1-3)∶1的高强石膏和乳化石蜡。
本发明所述硬质瓷渣为硬质瓷粉碎后的碎渣，其中硬质瓷是指在1300℃左右高温下烧成的瓷器，具有较高的机械强度、良好的化学稳定性和热稳定性，釉面硬度大且吸水率接近于零，坯料配方Al2O3含量高而碱性氧化物少，烧成后坯体中玻璃相较少。
本发明所述高强石膏优选为干抗压强度≥35MPa，平均粒径为20μm。
本发明通过高强石膏与乳化石蜡的配合，使发泡速度与成型速度相匹配，保证了多孔陶瓷的质量稳定性，包括孔隙率及强度。而且本发明以硬质瓷渣为主要原料，解决了硬质瓷渣堆积对环境造成的污染，利于生态环境的建设。
进一步地，所述多孔陶瓷还包括硅微粉1-10份。添加硅微粉有利于增强多孔陶瓷的强度。
进一步地，所述发泡剂为铝粉或松香热聚物。
进一步地，所述发泡剂具有不同粒径级配。
本发明采用具有不同粒径级配的发泡剂，使得产品中形成具有不同孔径的孔洞，从宏观上兼顾了产品的轻质与强度。
进一步地，所述粘结剂为膨润土、粘土、石英粉、硅藻土、淀粉和高岭土中的一种或多种。
进一步地，所述硬质瓷渣具有不同粒径，粒径200-1000μm占比为55-70％，其余粒径为50-150μm；所述粘结剂的粒径为10-20μm。
本发明通过将硬质瓷渣处理形成不同粒径级配，再辅以粒径更小的粘结剂，进一步保证了产品的强度。
在本发明一个优选实施方式中，所述多孔陶瓷包括以下重量份的组分：硬质瓷渣75-85份、高岭土8-10份、淀粉5-6份、铝粉1-6份、高强石膏3份、乳化石蜡1份和硅微粉5-10份。
本发明还提供上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将外加剂溶于水中，然后加入硬质瓷渣和粘结剂，混合均匀，最后加入发泡剂，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为10～30Mpa，温度为200-300℃下养护4-10h。
进一步地，步骤(1)中水的温度不低于30℃，水的用量为固体物料总重的8-15％。
本发明的有益效果：
本发明通过高强石膏与乳化石蜡的配合，使发泡速度与成型速度相匹配，保证了多孔陶瓷的质量稳定性，包括孔隙率及强度。而且本发明以硬质瓷渣为主要原料，解决了硬质瓷渣堆积对环境造成的污染，利于生态环境的建设。本发明的制备方法可控性好，有助于得到高气孔率高强度的多孔陶瓷。
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。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。
以下实施例中：
硬质瓷渣粒径为50-1000μm；
高岭土、淀粉粒径为10-20μm；
高强石膏的干抗压强度≥35MPa，平均粒径为20μm。
实施例1
本实施例提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣79份、高岭土15份、铝粉3份、高强石膏2份和乳化石蜡1份。
本实施例还提供上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高强石膏和乳化石蜡溶于不低于30℃的10份水中，然后加入硬质瓷渣和高岭土，混合均匀，最后加入铝粉，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为10Mpa，温度为280℃下养护10h。
实施例2
本实施例提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣80份、高岭土10份、淀粉5份、铝粉3份、高强石膏3份、乳化石蜡1份和硅微粉10份。
本实施例还提供上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高强石膏和乳化石蜡溶于不低于30℃的15份水中，然后加入硬质瓷渣、高岭土、淀粉和硅微粉，混合均匀，最后加入铝粉，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为20Mpa，温度为280℃下养护8h。
实施例3
本实施例提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣80份、高岭土20份、铝粉3份、高强石膏2份和乳化石蜡1份，其中铝粉粒径为10-30μm的占30％，粒径为50-100μm的占60％，粒径为120-300μm的占10％。
本实施例还提供上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高强石膏和乳化石蜡溶于不低于30℃的15份水中，然后加入硬质瓷渣和高岭土，混合均匀，最后加入铝粉，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为20Mpa，温度为290℃下养护8h。
实施例4
本实施例提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣80份、高岭土10份、淀粉5份、铝粉3份、高强石膏3份、乳化石蜡1份和硅微粉10份，其中硬质瓷渣粒径为200-1000μm的占60％，粒径为50-150μm的占40％；铝粉粒径为10-30μm的占30％，粒径为50-100μm的占60％，粒径为120-300μm的占10％。
本实施例还提供上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)将高强石膏和乳化石蜡溶于不低于30℃的16份水中，然后加入硬质瓷渣、高岭土、淀粉和硅微粉，混合均匀，最后加入铝粉，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为30Mpa，温度为300℃下养护4h。
对比例1
本对比例提供一种多孔陶瓷，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣80份、高岭土15份和铝粉3份，其制备方法同实施例1。
本对比例的多孔陶瓷的制备方法如下：
(1)将硬质瓷渣和高岭土加入不低于30℃的10份水中，混合均匀，最后加入铝粉，得到浆料；
(2)将步骤(1)所得浆料倒入模具中，然后在压力为10Mpa，温度为280℃下养护10h。
对比例2
本对比例提供一种多孔陶瓷，制备过程如下：
将长石-高岭土混合矿物原料研磨过250目筛，其中长石-高岭土混合矿物原料以质量分数计，含二氧化硅65％、氧化铝28％、氧化铁0.5％、氧化钠5％、其它1.5％；
取400g长石-高岭土混合矿物原料，加入300目的淀粉12g，于球磨机中球磨搅拌混合30min，再加入模数为2.5的工业水玻璃85g，混合搅拌30min，得到预混料；
将预混料放于干燥箱中80℃干燥300min，得到干燥的硅酸盐骨料；
将混炼机预热至180℃，加入聚丙烯40g于混炼机中，至聚丙烯完全融化后，冷却至170℃，再加入干燥原料400g、石蜡160g，混料1h，加入硬脂酸40g、邻苯二甲酸二丁酯27g，混料2h，得到注射原料；
将注射原料冷却、切粒；
将切粒后的注射原料加入料斗中，进行注射成型得到素坯，注射温度为100℃、注射压力50MPa、保压压力10MPa；
将素坯放入高温常压电阻炉中，以2℃/min的升温速率升温至200℃，保温2h，再以同样速率升温至380℃，保温40min后升温至420℃，保温1h，再以2℃/min的速率升温至500℃保温40min，将样品再以2℃/min的速率升温至800℃烧结2h，随炉冷却后得到所述多孔陶瓷材料。
性能测试
将实施例1-4和对比例1-2所得多孔陶瓷进行性能检测，结果如表1所示。
其中各性能测试的方法如下：
阿基米德排水法测定多孔陶瓷的孔隙率；
用电子万能试验机对多孔陶瓷的抗弯强度(GB/T 4741-1999)进行测试；
使用BET比表面仪测定多孔陶瓷的平均孔径。
表1各多孔陶瓷的性能检测结果
| 性能测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 |
| 孔隙率 | 43.7％ | 44.2％ | 51.3％ | 52.5％ | 31.4％ | 44.8％ |
| 平均孔径(nm) | 218 | 225 | 236 | 240 | 172 | 200 |
| 抗弯强度(MPa) | 13.76 | 14.50 | 14.82 | 15.96 | 9.61 | 13.35 |
由上表可知，本发明实施例提供的多孔陶瓷具有质轻、孔隙率高且强度高的优点，而且原料为硬质瓷渣，成本低，且制备方法简单可控。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案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 (9)
1.一种多孔陶瓷，其特征在于，包括以下重量份的组分：硬质瓷渣70-85份、粘结剂12-20份、发泡剂1-6份、外加剂2-5份，所述外加剂为质量比为(1-3):1的高强石膏和乳化石蜡。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷，其特征在于，还包括硅微粉1-10份。
3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述发泡剂为铝粉或松香热聚物。
4.根据权利要求3所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述发泡剂具有不同粒径级配。
5.根据权利要求1所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述粘结剂为膨润土、粘土、石英粉、硅藻土、淀粉和高岭土中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述硬质瓷渣具有不同粒径，粒径200-1000μm占比为55-70%，其余粒径为50-150μm；所述粘结剂的粒径为10-20μm。
7.根据权利要求6所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷包括以下重量份的组分：硬质瓷渣75-85份、高岭土8-10份、淀粉5-6份、铝粉1-6份、高强石膏3份、乳化石蜡1份、硅微粉5-10份。
8.权利要求1-7任一项所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将外加剂溶于水中，然后加入硬质瓷渣和粘结剂，混合均匀，最后加入发泡剂，得到浆料；
2）将步骤1）所得浆料倒入模具中，然后在压力为10~30Mpa，温度为200-300℃下养护4-10h。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中水的温度不低于30℃，水的用量为固体物料总重的8-15%。
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