CN112441820A - 一种多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多孔陶瓷及其制备方法，所述多孔陶瓷由固体混合粉末和有机浆料组成，所述固体混合粉末与所述有机物浆料的质量比为100：10～20；所述固体混合粉末包括以下重量份数的原料：氧化铝粉40～60份、草木灰5～15份、面粉5～15份、低温玻璃釉粉末20～30份；所述有机浆料包括以下重量份数的原料：聚丙二醇1～4份、聚乙二醇1～16份。本发明中的多孔陶瓷具有通孔孔隙率高、孔隙率稳定、气孔分布均匀性佳、强度高、密度分布均匀的特点，使用过程中不会产生掉粉、脆裂及变形等问题。本发明中的多孔陶瓷制备方法，工艺简单，可重复性高，原料来源广泛，且原料与设备成本低廉，适合产业化生产，具有极好的工业化应用前景。

Description

一种多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，具体涉及一种多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的陶瓷材料。多孔陶瓷材料由于其独特的多孔结构而体积密度小、比表面积高、热导率低，同时还具有陶瓷材料本身特有的耐高温、强度高、化学稳定性好等特点，广泛应用于过滤、分离、分散、渗透、隔热、换热、吸声、隔音、吸附载体、反应传感及生物组织工程等领域。现有多孔陶瓷在满足高的通孔孔隙率、高强度、气孔分布均匀性等要求方面仍存在尚待解决的问题。
现有技术中多孔陶瓷的制备对原料及设备要求较高，且工艺复杂，生产的多孔陶瓷通孔孔隙率低、气孔分布均匀性差、强度低、密度分布不均匀，且在使用过程中容易产生应力集中，导致开裂。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足，提供了一种多孔陶瓷，具有通孔孔隙率高、气孔分布均匀性佳、强度高、密度分布均匀的特点，使用过程中不会产生掉粉、脆裂及变形等问题；此外，本发明还提供了一种多孔陶瓷的制备方法。
为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，所述固体混合粉末与所述有机浆料的质量比为100：10～20；
所述固体混合粉末包括以下重量份数的原料：氧化铝粉40～60份、草木灰5～15份、面粉5～15份、低温玻璃釉粉末20～30份；
所述有机浆料包括以下重量份数的原料：聚丙二醇1～4份、聚乙二醇1～16份。
通过采用上述技术方案，本发明中所提供的多孔陶瓷具有通孔孔隙率高、气孔分布均匀性佳、强度高、密度分布均匀的特点，使用过程中不会产生掉粉、脆裂及变形等问题。
优选的，所述氧化铝粉的目数为180～200目。
优选的，所述聚丙二醇的分子量为1000～4000。
优选的，所述聚乙二醇选自分子量为600～6000的聚乙二醇中的任意一种或多种的组合。
优选的，所述聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇、分子量为1000的聚乙二醇、分子量为2000的聚乙二醇、分子量为3000的聚乙二醇及分子量为6000的聚乙二醇组成。
本发明第二方面提供了一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉粉末混合均匀，球磨1.5～3小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合10～20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨0.5～1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
通过采用上述技术方案，烧结过程中面粉、聚乙二醇、聚丙二醇氧化、分解为气态，氧化分解气化后在原来面粉、聚丙二醇、聚乙二醇位置形成孔隙，并通过低温玻璃釉粉末将氧化铝粉粘结在一起，形坚硬的多孔陶瓷。
优选的，所述步骤S1中球磨2小时。
优选的，所述步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以1～3℃/min的升温速率升温至600～650℃，保温20～30分钟后自然冷却。
通过采用上述技术方案，气氛烧结炉中的温度是逐渐上升的，这样有利于保证多孔陶瓷最终成品的质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明中的多孔陶瓷具有通孔孔隙率高、孔隙率稳定、气孔分布均匀性佳、强度高、密度分布均匀的特点，使用过程中不会产生掉粉、脆裂及变形等问题。
2、本发明中的多孔陶瓷表观密度为1.7～2.4g/cm3，孔隙率为35～60％。
3、本发明中的多孔陶瓷可广泛应用于过滤、分离、分散、渗透、隔热、换热、吸声、隔音、吸附载体、反应传感及生物组织工程等领域；此外，本发明中的多孔陶瓷还可应用于电子烟的雾化芯，解决了传统电子烟加热器储油量低、储油不稳定、烟雾形成量不足等问题，很好的提高电子烟的使用者体验感。
4、本发明中的多孔陶瓷制备方法，工艺简单，可重复性高，原料来源广泛，且原料与设备成本低廉，适合产业化生产，具有极好的工业化应用前景。
5、本发明中的多孔陶瓷的制备方法中空气气氛烧结温度与现有技术中多孔陶瓷烧结温度相比大大降低，且热量损失小，提高了热利用效率的同时节约了能源资源。
附图说明
图1为本发明中一种多孔陶瓷制备方法工艺流程图。
具体实施方式
为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为72：10；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉40g、草木灰6g、面粉6g、低温玻璃釉粉末20g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇1g、聚乙二醇5g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为2000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇1g、分子量为1000的聚乙二醇1g、分子量为2000的聚乙二醇1g、分子量为3000的聚乙二醇1g及分子量为6000的聚乙二醇1g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉粉末混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得的固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
实施例2
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为76：8.1；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉40g、草木灰6g、面粉10g、低温玻璃釉粉末20g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇3g、聚乙二醇5.1g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为1000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇1g、分子量为1000的聚乙二醇1g、分子量为2000的聚乙二醇1g、分子量为3000的聚乙二醇1g及分子量为6000的聚乙二醇1.1g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉粉末混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
实施例3
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为81：8.6；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉40g、草木灰6g、面粉15g、低温玻璃釉粉末20g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇3g、聚乙二醇5.6g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为2000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇1.1g、分子量为1000的聚乙二醇1.2g、分子量为2000的聚乙二醇1.2g、分子量为3000的聚乙二醇1.1g及分子量为6000的聚乙二醇1g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉粉末混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
实施例4
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为78：13；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉40g、草木灰6g、面粉11g、低温玻璃釉20g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇3g、聚乙二醇10g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为2000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇2g、分子量为1000的聚乙二醇2g、分子量为2000的聚乙二醇2g、分子量为3000的聚乙二醇2g及分子量为6000的聚乙二醇2g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
实施例5
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为109：21；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉55g、草木灰13g、面粉13g、低温玻璃釉28g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇4g、聚乙二醇17g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为2000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇4g、分子量为1000的聚乙二醇4g、分子量为2000的聚乙二醇3g、分子量为3000的聚乙二醇3g及分子量为6000的聚乙二醇3g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
实施例6
一种多孔陶瓷，由固体混合粉末和有机浆料组成，固体混合粉末与有机浆料的质量比为94：18；
固体混合粉末包括以下重量的原料：氧化铝粉52g、草木灰10g、面粉10g、低温玻璃釉粉末23g；
有机浆料包括以下重量的原料：聚丙二醇4g、聚乙二醇14g。
其中，本实施例中的面粉为市售普通食用面粉。
其中，本实施例中的氧化铝粉的目数为180目。
其中，本实施例中的聚丙二醇的分子量为2000。
其中，本实施例中的聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇2g、分子量为1000的聚乙二醇4g、分子量为2000的聚乙二醇2g、分子量为3000的聚乙二醇3g及分子量为6000的聚乙二醇3g组成。
参照图1所示，上述的一种多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉混合均匀，球磨2小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
其中，步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以2℃/min的升温速率升温至650℃，保温28分钟后自然冷却。
其中，步骤S2中压制过程可以采用现有技术中任何压制成型机。
试验例1
取实施例1-6中的多孔陶瓷进行性能测试，将实施例1-6中的多孔陶瓷分别标记为样品1、样品2、样品3、样品4、样品5、样品6，测试结果如表1所示。
表1性能测试表
样品1 样品2 样品3 样品4 样品5 样品6
表观密度(g/cm<sup>3</sup>) 2.28 2.2 1.97 1.73 1.82 1.95
孔隙率 41％ 44％ 51％ 55％ 53％ 50％
如表1所示，本发明中所制备的多孔陶瓷性能稳定，孔隙率高、强度高。
试验例2
将实施例1-6中的多孔陶瓷分别应用于电子烟雾化芯，由专业口感体验测试师进行测试，测试结果显示，本发明中的多孔陶瓷应用于电子烟雾化芯时，提高了烟油的雾化率，增大了烟雾量，吸油速度快，锁油能力强，冷却后的烟油直接吸收进多孔陶瓷内，提高了使用者的体验感。
通过本发明中的多孔陶瓷所制备的电子烟雾化芯，具有发热迅速、功率密度高、热容量低、抗冲击能力强、低温环保、无重金属污染等优势，解决了传统电子烟加热器热效率低下及电阻丝易氧化、脆断、电阻值发生变化等问题。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (8)

1.一种多孔陶瓷，其特征在于，由固体混合粉末和有机浆料组成，所述固体混合粉末与所述有机浆料的质量比为100：10～20；
所述固体混合粉末包括以下重量份数的原料：氧化铝粉40～60份、草木灰5～15份、面粉5～15份、低温玻璃釉粉末20～30份；
所述有机浆料包括以下重量份数的原料：聚丙二醇1～4份、聚乙二醇1～16份。
2.如权利要求1所述的一种多孔陶瓷，其特征在于，所述氧化铝粉的目数为180～200目。
3.如权利要求1所述的一种多孔陶瓷，其特征在于，所述聚丙二醇的分子量为1000～4000。
4.如权利要求1所述的一种多孔陶瓷，其特征在于，所述聚乙二醇选自分子量为600～6000的聚乙二醇中的任意一种或多种的组合。
5.如权利要求4所述的一种多孔陶瓷，其特征在于，所述聚乙二醇由分子量为600的聚乙二醇、分子量为1000的聚乙二醇、分子量为2000的聚乙二醇、分子量为3000的聚乙二醇及分子量为6000的聚乙二醇组成。
6.一种如权利要求1-5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：
S1、固体混合粉末制备：称取配方量的氧化铝粉、草木灰、面粉、低温玻璃釉粉末混合均匀，球磨1.5～3小时，得到固体混合粉末；
S2、有机浆料制备：称取配方量的聚丙二醇和聚乙二醇，依次加入至高速混合机中，高速搅拌混合10～20分钟，得到有机浆料；
S3、将步骤S1中所得固体混合粉末与步骤S2中所得有机浆料混合均匀，球磨0.5～1小时，压制成型，将所得压制成型坯置于空气气氛烧结炉中进行烧结后，即得所述多孔陶瓷。
7.如权利要求6所述的一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中球磨2小时。
8.如权利要求6所述的一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中压制成型坯在空气气氛烧结炉中的烧结过程为：以1～3℃/min的升温速率升温至600～650℃，保温20～30分钟后自然冷却。
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