CN113149695A - 低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷及制备方法 - Google Patents

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何祥勇
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Abstract

本发明属于电子烟配件生产技术领域，具体涉及一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：0.1％‑10％的食品级含铝磷酸盐、35％‑65％的硅藻土、20％‑30％的石英粉、以及10‑15％的造孔剂。其制备方法为通过混料、压制成型、蒸煮、烧结得到多孔陶瓷。本发明的有益效果原料易得，成本较低，生产周期短，步骤少，反应条件温和，可操作性强的优点；且制备的多孔陶瓷雾化芯强度高、显气孔率高、解决了易碎、易脱粉的问题，提高了用户体验感，具有较低的生产成本及较短的生产周期。

Description

低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷及制备方法
技术领域
本发明涉及电子烟配件生产技术领域，特别是涉及一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷及制备方法。
背景技术
由于多孔陶瓷的孔隙率高、吸油性好、储液性好，且陶瓷本身耐高温，而不易产生焦糊，因而被广泛用于电子烟雾化器中。然而，目前市场上的电子烟雾陶瓷化芯为了保证孔隙率，一般采用低温烧结降低陶瓷烧结程度保证雾化芯孔隙率，但是低温烧结陶瓷存在易碎、易脱粉等问题，对电子烟吸食者造成潜在的健康危害。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述不足，提供一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：0.1％-10％的食品级磷酸盐、35％-65％的硅藻土、20％-30％的石英粉、以及10-15％的造孔剂。
优选的，所述食品级磷酸盐包括食品级含铝磷酸盐。
优选的，所述造孔剂包括亚克力粉、酚醛树脂粉、环氧树脂粉中的至少一种。
优选的，原料组份的粒径如下：所述食品级磷酸盐D50为1μm-10μm，合适粒径的食品级磷酸盐更适合混料以及后续的粘结作用发挥，使整个陶瓷雾化芯强度更加均匀；硅藻土D50为5μm-15μm，硅藻土是一种天然多孔结构物质，作为陶瓷雾化芯的主体结构，使陶瓷呈现多孔结构，合适粒径的硅藻土能保证多孔陶瓷雾化芯具有更加均匀的显气孔率以及较高的强度；石英粉D50为 50μm-150μm，粗颗粒石英粉不仅起到多孔陶瓷雾化芯骨架的作用，同时也能提供较多颗粒间隙，从而提高陶瓷雾化芯的显气孔率和强度；所述造孔剂D50 为0.1μm-10μm，造孔剂能在低温烧结时体积发生膨胀，然后在持续的烧结过程中被氧化除去。合适粒径的造孔剂不仅可以使多孔陶瓷雾化芯具有合适尺寸和形态的孔洞，有利于保证多孔陶瓷雾化芯具有较高的显气孔率的同时，仍然具有较高的强度。同时可以弥补硅藻土中多孔孔径偏小的问题。
本发明还提供了一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将各原料组份混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；混合方法采用干法球磨混合、双运动混合机混合、三维混合机混合、V型混合机混合等其中的一种或几种搭配使用；混料时间为5-15小时。
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，得到具备初步强度的多孔陶瓷，陶瓷雾化芯在蒸汽蒸煮过程中吸收水蒸气，磷酸盐无机粘结剂与水蒸气结合后发挥强粘结性和快干性能，经过蒸煮后多孔即具备较高强度；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，得到多孔陶瓷。
优选的，步骤(3)中蒸汽蒸煮处理的温度为70℃～170℃。
优选的，步骤(4)中烧结温度为300℃～500℃。
本发明的作用原理：原料组份中的硅藻土为多孔结构，而造孔剂又能够给多孔陶瓷制造孔洞，铝磷酸盐在蒸汽蒸煮条件下能够粘结硅藻土、石英粉、造孔剂，以使多孔陶瓷具有较高的强度且外形尺寸变形小。低温烧结去除蒸煮过程中产生的结晶水，使强度进一步增大，造孔剂在低温烧结时膨胀最终氧化脱除进一步增加孔隙率。通过本发明的配比合理搭配，使得制备的多孔陶瓷雾化芯具有较高的强度、较高的显气孔率、较低的生产成本及较短的生产周期。
其中食品级铝磷酸盐作为粘结剂的加入，可以让陶瓷雾化芯省去高温烧结步骤，在较低的温度下烧结即可获得较高整体强度，同时大大缩短烧结周期。另外，通过控制各组分D50分布，以分配各组分粒径，从而使得陶瓷雾化芯具有合适尺寸的孔洞和良好的微观结构，进一步有利于提高陶瓷雾化芯的显气孔率和强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：原料易得，成本较低，生产周期短，步骤少，生产条件普遍，反应条件温和，可操作性强的优点；且制备的多孔陶瓷雾化芯强度高、显气孔率高、解决了易碎、易脱粉的问题，提高了用户体验感，具有较低的生产成本及较短的生产周期。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：4％的食品级磷酸盐、60％的硅藻土、24％的石英粉、以及12％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为亚克力粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为5μm；石英粉D50为65μm；食品级含铝磷酸盐D50为3μm，造孔剂D50为5μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混10小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为160℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为450℃，得到多孔陶瓷。
实施例2
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：5％的食品级磷酸盐、65％的硅藻土、19％的石英粉、以及11％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为环氧树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为5μm；石英粉D50为65μm；食品级含铝磷酸盐D50为3μm，造孔剂D50为5μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混10小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为160℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为450℃，得到多孔陶瓷。
实施例3
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：8％的食品级磷酸盐、55％的硅藻土、27％的石英粉、以及10％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为酚醛树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为5μm；石英粉D50为65μm；食品级含铝磷酸盐D50为3μm，造孔剂D50为5μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混10小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为160℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为450℃，得到多孔陶瓷。
实施例4
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：4％的食品级磷酸盐、60％的硅藻土、24％的石英粉、以及12％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为亚克力粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为15μm；石英粉D50为135μm；含铝磷酸盐D50为2μm，造孔剂D50为4μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混12.5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为75℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为400℃，得到多孔陶瓷。
实施例5
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：5％的食品级磷酸盐、65％的硅藻土、19％的石英粉、以及11％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为环氧树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为15μm；石英粉D50为135μm；含铝磷酸盐D50为2μm，造孔剂D50为4μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混12.5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为75℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为400℃，得到多孔陶瓷。
实施例6
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：8％的食品级磷酸盐、55％的硅藻土、27％的石英粉、以及10％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为酚醛树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为15μm；石英粉D50为135μm；含铝磷酸盐D50为2μm，造孔剂D50为4μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混12.5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为75℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为400℃，得到多孔陶瓷。
实施例7
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：4％的食品级磷酸盐、60％的硅藻土、24％的石英粉、以及12％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为亚克力粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为10μm；石英粉D50为90μm；含铝磷酸盐D50为8μm，造孔剂D50为6μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为120℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为500℃，得到多孔陶瓷。
实施例8
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：5％的食品级磷酸盐、65％的硅藻土、19％的石英粉、以及11％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为环氧树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为10μm；石英粉D50为90μm；含铝磷酸盐D50为8μm，造孔剂D50为6μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为120℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为500℃，得到多孔陶瓷。
实施例9
一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，包括以下质量百分含量的原料组分：8％的食品级磷酸盐、55％的硅藻土、27％的石英粉、以及10％的造孔剂。
所述食品级磷酸盐为食品级含铝磷酸盐。
所述造孔剂为酚醛树脂粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为10μm；石英粉D50为90μm；含铝磷酸盐D50为8μm，造孔剂D50为6μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为120℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为500℃，得到多孔陶瓷。
测试
对比例1：
采用以下质量百分含量的原料组分：4％的低温玻璃粉、60％的硅藻土、 24％的石英粉、以及12％的造孔剂。
所述造孔剂为亚克力粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为10μm；石英粉D50为90μm；含铝磷酸盐D50为8μm，造孔剂D50为6μm。
上述多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为120℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为500℃，得到多孔陶瓷。
对比例2：
采用以下质量百分含量的原料组分：8％的低温玻璃粉、60％的硅藻土、 20％的石英粉、以及12％的造孔剂。
所述造孔剂为亚克力粉。
原料组份的粒径如下：硅藻土D50为15μm；石英粉D50为135μm；含铝磷酸盐D50为2μm，造孔剂D50为4μm。
上述一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)混料：
将上述各原料组份加入到球磨机或者其他混料设备中干混12.5小时，混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成陶瓷坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮，蒸煮温度为75℃；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，烧结温度为400℃，得到多孔陶瓷
根据GBT1966-1996多孔陶瓷显气孔率、容重试验方法分别测试实施例1～ 9及对比例1～2的多孔陶瓷的显气孔率；根据GB/T 1965-1996多孔陶瓷弯曲强度试验方法分别测试实施例1～6及对比例1～2的多孔陶瓷的强度。其中，实施例1～9及对比例1～2的多孔陶瓷的显气孔率和强度如下：
Figure BDA0003013208230000111
Figure BDA0003013208230000121
从上表中可以看出，实施例1～9中的多孔陶瓷的显气孔率至少为54％，弯曲强度至少为12MPa，具有较优的综合性能，这是因为含铝磷酸盐具有极高的干燥强度，另外硅藻土本身具有的多孔结构以及造孔剂的加入，能够提高多孔陶瓷的显气孔率。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，其特征在于，包括以下质量百分含量的原料组分：0.1％-10％的食品级磷酸盐、35％-65％的硅藻土、20％-30％的石英粉、以及10-15％的造孔剂。
2.根据权利要求1所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，其特征在于，所述食品级磷酸盐包括食品级含铝磷酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，其特征在于，所述造孔剂包括亚克力粉、酚醛树脂粉、环氧树脂粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷，其特征在于，原料组份的粒径如下：所述食品级磷酸盐D50为1μm-10μm；硅藻土D50为5μm-15μm；石英粉D50为50μm-150μm；所述造孔剂D50为0.1μm-10μm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混料：
将各原料组份混合均匀形成流动性好的陶瓷粉体；
(2)压制成型：
将步骤(1)中混合好的陶瓷粉体干压成型，形成坯体；
(3)蒸煮
将步骤(2)成型的坯体在蒸汽炉中蒸煮；
(4)烧结
将步骤(3)蒸煮后的坯体在低温炉中烧结，得到多孔陶瓷。
6.根据权利要求5所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中蒸汽蒸煮处理的温度为70℃～170℃。
7.根据权利要求5所述的一种低温烧结高强度电子烟雾化芯用多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(4)中烧结温度为300℃～500℃。
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