CN113480327A - 雾化芯、多孔陶瓷及多孔陶瓷的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雾化芯、多孔陶瓷及多孔陶瓷的制备方法。多孔陶瓷的制备方法包括：将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料；将混合料与粘结剂混合形成陶瓷料；利用陶瓷料通过注射成型工艺制备坯体；将坯体放置于脱脂盘中，并将脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结，得到多孔陶瓷。通过采用无粉脱脂工艺对坯体进行脱脂烧结，可以省去脱脂完成后的清粉环节，避免了在清理环节造成的产品破碎，同时也无任何脱脂介质颗粒粘附，从根本上解决了粘粉以及产品破碎的风险。
Description
技术领域
本发明涉及雾化装置技术领域，具体涉及一种雾化芯、多孔陶瓷及多孔陶瓷的制备方法。
背景技术
多孔陶瓷材料是一种使用比较广泛的陶瓷材料，其特有的三维多孔结构使它具有高孔隙率，良好的化学稳定性，较小的体积等特点，被应用于众多领域。目前多孔陶瓷的脱脂烧结通常采用埋粉脱脂工艺，在进行脱脂烧结时，需要将陶瓷坯体埋没在煅烧α-Al2O3等脱脂介质中，在烧结完成后，需要对多孔陶瓷进行清粉处理，以去除附着在多孔陶瓷上的脱脂介质。
故而，目前所使用的埋粉脱脂工艺，不仅需要对多孔陶瓷进行清粉操作，而且也容易造成多孔陶瓷的破碎，进而影响合格率。
发明内容
本发明提供一种雾化芯、多孔陶瓷及多孔陶瓷的制备方法，以解决多孔陶瓷在清粉过程中容易脱粉和破碎的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多孔陶瓷的制备方法，包括：
将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料；
将所述混合料与粘结剂混合形成陶瓷料；
利用所述陶瓷料通过注射成型工艺制备坯体；以及
将所述坯体放置于脱脂盘中，并将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结，得到所述多孔陶瓷。
可选地，所述陶瓷骨料包括石英砂，所述助烧剂包括碳酸钙、高岭土、堇青石、海泡石、电气石中的至少两种，所述玻璃粉为高温无铅玻璃粉，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、木屑、淀粉、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的至少一种，所述粘结剂包括石蜡、蜂蜡、硬脂酸、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少两种。
可选地，所述将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料的步骤包括：
按质量百分含量计，将30-60％的石英砂和0-30％的硅藻土混合形成所述陶瓷骨料；
将所述陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂分别置于120℃的干燥箱内干燥2-4小时；和
按照质量百分含量计，将30-60％的所述陶瓷骨料，5-20％的所述助烧剂，1-10％的所述玻璃粉以及10-50％的所述造孔剂置于混料机中进行混料。
可选地，所述将所述混合料与粘结剂混合形成陶瓷料的步骤包括：
按质量百分含量计，将15-40％的粘结剂加入密炼炉中；和
待所述粘结剂完全融化后，将60％-85％的所述混合料加入所述密炼炉中，在80℃-140℃条件下捏合或者密炼4-6小时。
可选地，在形成所述陶瓷料之后还包括：
将所述陶瓷料放入造粒机中进行造粒，以形成大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
可选地，所述将所述坯体放置于脱脂盘中，并将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结的步骤包括：
将所述坯体放置于脱脂盘中，且相邻所述坯体之间互不接触；
将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中；和
按设定的脱脂烧结曲线对所述坯体进行脱脂烧结。
可选地，所述按设定的脱脂烧结曲线对所述坯体进行脱脂烧结的步骤包括：
将所述脱脂烧结炉以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃；
然后以0.1℃/min的升温速率升温至250℃；
再以0.2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温2h；
然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃；
然后使用2h将脱脂烧结炉内的温度升高至1090℃-1200℃，并保温2h；
最后停止加热，随炉冷却至室温。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种多孔陶瓷，所述多孔陶瓷由前文所述的多孔陶瓷的制备方法制备得到。
可选地，所述多孔陶瓷的孔隙率为50-70％，孔径大小为15-30um。
为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种雾化芯，所述雾化芯由前文所述的多孔陶瓷制作得到。
本发明的有益效果是：本发明通过采用无粉脱脂工艺对坯体进行脱脂烧结，可以省去脱脂完成后的清粉环节，避免了在清理环节造成的产品破碎，同时也无任何脱脂介质颗粒粘附，从根本上解决了粘粉以及产品破碎的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图，其中：
图1是本申请一实施例中的多孔陶瓷的制备流程图；
图2是图1中的步骤S10的流程示意图；
图3是图1中的步骤S20的流程示意图；
图4是图1中的步骤S40的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本申请一实施例中的多孔陶瓷的制备流程图。本申请公开了一种多孔陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
步骤S10：将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料。
具体来说，陶瓷骨料包括石英砂，助烧剂包括碳酸钙、高岭土、堇青石、海泡石、电气石中的至少两种，玻璃粉为高温无铅玻璃粉，造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、木屑、淀粉、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的至少一种。
目前，在制作多孔陶瓷时，一般是以硅藻土为主体，添加一定的粘结剂和造孔剂进行烧结成型，一方面，其强度较差，在装配时多孔陶瓷易破损产生掉粉现象，掉粉不仅影响雾化效果还会造成一定的安全隐患；另一方面，硅藻土为主体的多孔陶瓷与金属发热膜的结合力差，在雾化过程中容易导致膜基脱离分层，进而产生糊味，影响了产品使用体验。如此，本申请实施例通过采用石英砂为原料，制作得到的多孔陶瓷对雾化液具有较好的亲和性，吸液雾化效果好。
可选地，陶瓷骨料还可以包括硅藻土，即在石英砂中添加部分的硅藻土，以形成包含两种原料的陶瓷骨料。
其中，如图2所示，图2是图1中的步骤S10的流程示意图。本实施例中，将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料的步骤包括：
步骤S101：按质量百分含量计，将30-60％的石英砂和0-30％的硅藻土混合形成陶瓷骨料。
具体来说，可以按照预先设定的比例称取石英砂和硅藻土，然后将石英砂和硅藻土倒入混料机中，进行混料，以形成混合均匀的陶瓷骨料。
步骤S102：将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂分别置于120℃的干燥箱内干燥2-4小时。
通过对陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂分别进行干燥处理，可以排出粉体吸附的水分，进而使得陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂的实际占比更加精确。
步骤S103：按照质量百分含量计，将30-60％的陶瓷骨料，5-20％的助烧剂，1-10％的玻璃粉以及10-50％的造孔剂置于混料机中进行混料。
通过将陶瓷骨料与助烧剂、玻璃粉以及造孔剂进行混合，可以形成混合均匀的粉末，使得粉末与粘结剂混合的更加均匀。
在获得混合料之后，接着执行步骤S20：将混合料与粘结剂混合形成陶瓷料。
其中，粘结剂包括石蜡、蜂蜡、硬脂酸、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少两种，通过采用至少两种粘结剂可以提升粘结剂的粘结强度。
其中，如图3所示，图3是图1中的步骤S20的流程示意图。在本实施例中，将混合料与粘结剂混合形成陶瓷料的步骤包括：
步骤S201：按质量百分含量计，将15-40％的粘结剂加入密炼炉中。
具体来说，可以将至少两种粘结剂同时加入密炼炉中，然后对密炼炉进行加热，以使得至少两种粘结剂融化后能够均匀的混合在一起。
然后，接着执行步骤S202：待粘结剂完全融化后，将60％-85％的混合料加入密炼炉中，在80℃-140℃条件下捏合或者密炼4-6小时。
其中，混合料可以全部一起加入粘结剂中，也可以分少量多次的加入粘结剂中，以使得混合更加均匀。
在获得陶瓷料之后，可以执行步骤S30：利用陶瓷料通过注射成型工艺制备坯体。
具体来说，可以将步骤S20制备得到的陶瓷料直接加入到陶瓷专用注塑机上进行注射成型，注射温度50℃-70℃，以获得陶瓷坯体。
采用干压成型方法加工坯体时，压力虽能保持一致，但产品内应力大，导致产品尺寸偏差大，大规模生产质量控制较为复杂。而本申请采用注射的方式加工坯体，不仅可以简化坯体的生产流程，而且可以获得形状较为均匀坯体。
可选地，在其它的实施例中，还可以在形成陶瓷料之后，将陶瓷料放入造粒机中进行造粒，以形成大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。通过使用造粒机进行造粒，一方面可以便于对步骤S20中的陶瓷料进行储存和运输，另一方面，也可以便于取用陶瓷料。
在获得陶瓷坯体之后，接着执行步骤S40：将坯体放置于脱脂盘中，并将脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结，得到多孔陶瓷。
具体来说，如图4所示，图4是图1中的步骤S40的流程示意图。将注塑成型的陶瓷坯体放置于脱脂盘中，并将脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结的步骤包括：
步骤S401：将坯体放置于脱脂盘中，且相邻坯体之间互不接触。
具体来说，可以将步骤S30中注射得到的坯体整齐的摆放在脱脂盘中，以使得相邻坯体之间互不接触。
步骤S402：将脱脂盘放置于脱脂烧结炉中。
具体来说，将摆放有坯体的脱脂盘放置于脱脂烧结炉中。
步骤S403：按设定的脱脂烧结曲线对坯体进行脱脂烧结。
具体来说，可以在空气中进行坯体的脱脂烧结，可以按照脱脂烧结曲线对脱脂烧结炉进行控温操作，此时造孔剂和溶剂均在脱脂阶段的温度作用下依次分解，分解后陶瓷坯体内部留下相应的孔洞，经过高温烧结后即形成均匀分布的大孔径、高强度多孔陶瓷。
其中，本实施例中所采用的脱脂烧结曲线对坯体进行脱脂烧结的步骤包括：
将脱脂烧结炉以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃；
然后以0.1℃/min的升温速率升温至250℃；
再以0.2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温2h；
然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃；
然后使用2h将脱脂烧结炉内的温度升高至1090℃-1200℃，并保温2h；
最后停止加热，随炉冷却至室温。
本申请通过采用无粉脱脂工艺对坯体进行脱脂烧结，可以省去脱脂完成后的清粉环节，避免了在清理环节造成的产品破碎，同时也无任何脱脂介质颗粒粘附，从根本上解决了粘粉以及产品破碎的风险。
进一步地，在制备得到多孔陶瓷之后，还可以采用超声清洗的方式对多孔陶瓷进行清洗，以提升多孔陶瓷与金属发热线路的结合强度。
综上，本申请实施例中的多孔陶瓷的制备工艺简单，利于高效率规模化生产；并且通过本申请实施例制备得到的多孔陶瓷孔隙率高，对雾化液的吸附能力强，产品一致性好，多孔陶瓷的强度高。
本申请另一方面还提供一种多孔陶瓷，多孔陶瓷可以采用上述的多孔陶瓷的制备方法制备得到。
进一步地，本实施例中的多孔陶瓷的孔隙率为50-70％，孔径大小为15-30um。
例如，在具体的实施例中，多孔陶瓷的孔隙率可以为50％、55％、60％、65％或者70％等，多孔陶瓷的孔径大小例如可以为15um、18um、20um、22um、25um、28um或者30um等。
本申请又一方面还提供一种雾化芯，雾化芯由前文的多孔陶瓷制作得到。雾化芯可以设置于雾化装置中，以用于雾化液体。
以下为具体实施例部分：
实施例1：
本实施例的一种多孔陶瓷的制备方法如下：
(1)按质量百分比计，分别称取石英砂40％、高岭土5％、堇青石2％、玻璃粉5％和50um的聚苯乙烯造孔剂25％放入三维混料机混合2h，混合均匀后形成混合料。
(2)按质量百分比计，将混合料77％、石蜡12％、蜂蜡6％、硬脂酸2％、乙烯-醋酸乙烯共聚物3％加入密炼炉中，70℃条件下进行密炼4h，密炼后得到陶瓷料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷坯体，该过程参数为：成型压力为12bar，速度为26cm3/s，注射温度为55℃，模具温度26℃，得到陶瓷坯体。
(4)将陶瓷坯体整齐摆放在脱脂盘中，陶瓷坯体间不接触，随后将摆放好的脱脂盘直接放置于脱脂烧结炉中，脱脂以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃，保温1h，然后以0.1℃/min的速度升温至250℃，再以0.2℃/min的速度升温至450℃，保温2h，然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃，900℃保温1h后，升温至1150℃用时2h，1150℃保温2h后，随炉冷却至室温，获得多孔陶瓷。
(6)为了验证实施例1制备的多孔陶瓷的性质，对多孔陶瓷进行检测，结果如下表：
| 孔隙率 | 平均孔径 | 抗压强度 | 吸液时间 |
| 63.29％ | 21um | 11MPa | 20s |
实施例2：
本实施例的一种多孔陶瓷的制备方法如下：
(1)按质量百分比计，分别称取石英砂35％、高岭土5％、海泡石2％、玻璃粉4％和50um的聚苯乙烯造孔剂25％放入三维混料机混合2h，混合均匀后形成混合料。
(2)按质量百分比计，将混合料73％、石蜡16％、蜂蜡8％、硬脂酸4％加入密炼炉中，70℃条件下进行密炼4h，密炼后得到陶瓷料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷坯体，该过程参数为：成型压力为15bar，速度为18cm3/s，注射温度为60℃，模具温度30℃，得到陶瓷坯体。
(4)将陶瓷坯体整齐摆放在脱脂盘中，陶瓷坯体间不接触，随后将摆放好的脱脂盘直接放置于脱脂烧结炉中，脱脂以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃，保温1h，然后以0.1℃/min的速度升温至250℃，再以0.2℃/min的速度升温至450℃，保温2h，然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃，900℃保温1h后，升温至1180℃用时2h,1180℃保温2h后，随炉冷却至室温，获得多孔陶瓷。
(6)为了验证实施例1制备的多孔陶瓷的性质，对多孔陶瓷进行检测，结果如下表：
| 孔隙率 | 平均孔径 | 抗压强度 | 吸液时间 |
| 61.35％ | 24um | 13MPa | 15s |
实施例3：
本实施例的一种多孔陶瓷的制备方法如下：
(1)按质量百分比计，分别称取石英砂45％、高岭土3％、碳酸钙2％、玻璃粉5％和50um的聚苯乙烯造孔剂25％放入三维混料机混合2h，混合均匀后形成混合料。
(2)按质量百分比计，将混合料80％、石蜡10％、蜂蜡5％、硬脂酸5％加入密炼炉中，70℃条件下进行密炼4h，密炼后得到陶瓷料，再放入陶瓷造粒机中进行造粒，获得大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
(3)将陶瓷喂料通过注塑成型工艺得到陶瓷坯体，该过程参数为：成型压力为27bar，速度为22cm3/s，注射温度为53℃，模具温度29℃，得到陶瓷坯体。
(4)将陶瓷坯体整齐摆放在脱脂盘中，陶瓷坯体间不接触，随后将摆放好的脱脂盘直接放置于脱脂烧结炉中，脱脂以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃，保温1h，然后以0.1℃/min的速度升温至250℃，再以0.2℃/min的速度升温至450℃，保温2h，然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃，900℃保温1h后，升温至1130℃用时2h,1130℃保温2h后，随炉冷却至室温，获得多孔陶瓷。
(6)为了验证实施例1制备的多孔陶瓷的性质，对多孔陶瓷进行检测，结果如下表：
| 孔隙率 | 平均孔径 | 抗压强度 | 吸液时间 |
| 60.15％ | 20um | 20MPa | 25s |
因此，从以上孔隙率、平均孔径、抗压强度和吸液时间的检测结果可以看出，本发明实施例所制备的多孔陶瓷的孔隙率基本都能达到60％以上；并且，多孔陶瓷的平均孔径基本都能达到20微米。另外，本发明实施例所制备的多孔陶瓷的抗压强度在10MPa以上，本发明实施例所制备的多孔陶瓷的吸液时间在15s以上，因此可以具有较高的孔隙率以及较大的平均孔径，而且具有较高的结构强度以及较久的吸液时间。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料；
将所述混合料与粘结剂混合形成陶瓷料；
利用所述陶瓷料通过注射成型工艺制备坯体；以及
将所述坯体放置于脱脂盘中，并将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结，得到所述多孔陶瓷。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷骨料包括石英砂，所述助烧剂包括碳酸钙、高岭土、堇青石、海泡石、电气石中的至少两种，所述玻璃粉为高温无铅玻璃粉，所述造孔剂为聚甲基丙烯酸甲酯、木屑、淀粉、聚乙烯醇、聚苯乙烯中的至少一种，所述粘结剂包括石蜡、蜂蜡、硬脂酸、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述将陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂混合形成混合料的步骤包括：
按质量百分含量计，将30-60％的石英砂和0-30％的硅藻土混合形成所述陶瓷骨料；
将所述陶瓷骨料、助烧剂、玻璃粉和造孔剂分别置于120℃的干燥箱内干燥2-4小时；和
按照质量百分含量计，将30-60％的所述陶瓷骨料，5-20％的所述助烧剂，1-10％的所述玻璃粉以及10-50％的所述造孔剂置于混料机中进行混料。
4.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述将所述混合料与粘结剂混合形成陶瓷料的步骤包括：
按质量百分含量计，将15-40％的粘结剂加入密炼炉中；和
待所述粘结剂完全融化后，将60％-85％的所述混合料加入所述密炼炉中，在80℃-140℃条件下捏合或者密炼4-6小时。
5.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，在形成所述陶瓷料之后还包括：
将所述陶瓷料放入造粒机中进行造粒，以形成大小均匀的颗粒状陶瓷喂料。
6.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述将所述坯体放置于脱脂盘中，并将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中进行无粉脱脂烧结的步骤包括：
将所述坯体放置于脱脂盘中，且相邻所述坯体之间互不接触；
将所述脱脂盘放置于脱脂烧结炉中；和
按设定的脱脂烧结曲线对所述坯体进行脱脂烧结。
7.根据权利要求6所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述按设定的脱脂烧结曲线对所述坯体进行脱脂烧结的步骤包括：
将所述脱脂烧结炉以0.5℃/min的升温速率从室温升温至150℃；
然后以0.1℃/min的升温速率升温至250℃；
再以0.2℃/min的升温速率升温至450℃，并保温2h；
然后以2.5℃/min的升温速率升至900℃；
然后使用2h将脱脂烧结炉内的温度升高至1090℃-1200℃，并保温2h；
最后停止加热，随炉冷却至室温。
8.一种多孔陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷由权利要求1-7任一项所述的多孔陶瓷的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的多孔陶瓷，其特征在于，所述多孔陶瓷的孔隙率为50-70％，孔径大小为15-30um。
10.一种雾化芯，其特征在于，所述雾化芯由权利要求8或9所述的多孔陶瓷制作得到。
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