CN114368978A - 一种多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

一种多孔陶瓷及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114368978A
CN114368978A CN202210095440.4A CN202210095440A CN114368978A CN 114368978 A CN114368978 A CN 114368978A CN 202210095440 A CN202210095440 A CN 202210095440A CN 114368978 A CN114368978 A CN 114368978A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parts
porous ceramic
ceramic
carbohydrate
stirring
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210095440.4A
Other languages
English (en)
Inventor
李亚莉
刘卫卫
邹涛
赵瑾
张涛
邓平晔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Analysis And Testing Institute Of Beijing Academy Of Science And Technology Beijing Physical And Chemical Analysis And Testing Center
Original Assignee
Analysis And Testing Institute Of Beijing Academy Of Science And Technology Beijing Physical And Chemical Analysis And Testing Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Analysis And Testing Institute Of Beijing Academy Of Science And Technology Beijing Physical And Chemical Analysis And Testing Center filed Critical Analysis And Testing Institute Of Beijing Academy Of Science And Technology Beijing Physical And Chemical Analysis And Testing Center
Priority to CN202210095440.4A priority Critical patent/CN114368978A/zh
Publication of CN114368978A publication Critical patent/CN114368978A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0022—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors
    • C04B38/0032—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof obtained by a chemical conversion or reaction other than those relating to the setting or hardening of cement-like material or to the formation of a sol or a gel, e.g. by carbonising or pyrolysing preformed cellular materials based on polymers, organo-metallic or organo-silicon precursors one of the precursor materials being a monolithic element having approximately the same dimensions as the final article, e.g. a paper sheet which after carbonisation will react with silicon to form a porous silicon carbide porous body
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/422—Carbon
    • C04B2235/425—Graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • C04B2235/9607—Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)

Abstract

本发明属于多孔陶瓷的制备技术领域，具体涉及一种多孔陶瓷及其制备方法，旨在解决现有方法制备的多孔陶瓷稳定性易受影响、导热系数较低且孔径较大的问题。一种多孔陶瓷，由Pickering乳液干燥后形成陶瓷胚体，对陶瓷胚体进行烧结后形成；其中，Pickering乳液由无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂、去离子水搅拌均匀，并在搅拌状态下滴加短链表面活性剂制成分散液，加入油相并经发泡后形成，上述组分中的各原料的质量份为：无机氧化物颗粒20～80份；碳水化合物1～40份；分散剂0.5～3份；去离子水100份；短链表面活性剂0.5～3份；油相为0.5～6份。本发明中制备的多孔陶瓷的导热性提升，陶瓷孔隙率调控范围更大，对颗粒尺寸选择范围更广，制备过程中乳液的稳定性好。

Description

一种多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明属于多孔陶瓷的制备技术领域，具体涉及了一种多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷具有耐腐蚀、力学性能好、比表面积大及化学性质稳定等优点，在催化支撑载体、过滤材料、净化分离、保温耐火材料、吸声减震等领域具有广泛的应用。常见多孔陶瓷的造孔方法主要有部分烧结法、复刻模板法、牺牲模板法、直接发泡法和微乳液模板法，不同的方法可获得特定孔隙结构与孔隙率。
直接发泡法是通过机械搅拌或添加发泡剂等方式将气体引入到悬浮液中，在搅拌下，浆料会产生细密且稳定的泡沫，然后将成型的浆料干燥后烧结得到多孔陶瓷材料。与其他方法相比，直接发泡法具有形状易控，成分易控，密度易控等特点。此外，直接发泡法还具备工艺简单、成本低、易于工业化生产等优势，开孔或闭孔结构，高孔隙率的多孔陶瓷可利用此种制备方法得到。直接发泡法制备泡沫陶瓷分为表面活性剂稳定型与颗粒稳定型。表面活性剂稳定的湿泡沫陶瓷易崩塌，需要加入固化剂进行固化后烧结。颗粒稳定型泡沫陶瓷在干燥过程中颗粒发生重排，导致材料体积收缩。目前直接发泡法对于原料颗粒的表面性质要求高，且形成的泡沫陶瓷稳定性易受体系组分影响，需大量实验调配工艺配方，而且直接发泡法得到的泡沫陶瓷通常孔径比较大，此外，目前多孔陶瓷的导热系数较低，阻碍了其在一些领域的应用，如相变材料载体。
例如中国专利CN112521178A公开了一种直接发泡法制备多孔陶瓷的方法，通过向悬浮液中加入空气，发泡形成空隙，制备的多孔陶瓷的孔径为100-150μm的大孔，导热系数小于0.1W/(mK)。
发明内容
本发明提供了一种多孔陶瓷，以缓解现有方法制备的多孔陶瓷稳定性易受影响、导热系数较低且孔径较大的问题。
为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：
一种多孔陶瓷，由Pickering乳液干燥后形成陶瓷胚体，对陶瓷胚体进行烧结后形成；其中，Pickering乳液由无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂、去离子水搅拌均匀，并在搅拌状态下滴加短链表面活性剂制成分散液，加入油相并经发泡后形成，上述组分中的各原料的质量份为：无机氧化物颗粒20～80份；碳水化合物1～40份；分散剂0.5～3份；去离子水100份；短链表面活性剂0.5～3份；油相为0.5～6份。
更进一步地，无机氧化物颗粒40～60份，碳水化合物10～30份，分散剂1～2份，去离子水100份，短链表面活性剂1～2份，油相为1～3份。
更进一步地，无机氧化物颗粒包括氧化铝、氧化锆、氧化硅、磷酸钙、羟基磷灰石、堇青石，二氧化硅的一种或几种；无机氧化物颗粒平均粒径为5nm～100μm；优选地，无机氧化物颗粒平均粒径为0.5～20μm。
更进一步地，碳水化合物包括单糖、二糖、低聚糖或多糖；优选地，碳水化合物包括葡萄糖、果糖、半乳糖、麦芽糖、蔗糖、乳糖、淀粉、果胶中的一种或几种。
更进一步地，分散剂包括硅酸盐类、碱金属磷酸盐类或有机分散剂；优选地，选自硅酸钠、三聚磷酸钠、六偏磷酸钠、焦磷酸钠、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸钠、甲基戊醇、纤维素化合物、古尔胶、脂肪酸聚乙二醇酯、聚丙烯酸铵盐中的一种或几种。
更进一步地，短链表面活性剂包括烷基没食子酸、羧酸类、烷基胺或季铵盐；优选地，选自没食子酸丙酯、没食子酸丁酯、正己胺、正辛胺、正丁酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十四烷基三甲基溴化铵中的一种、两种或更多种。
更进一步地，油相包括烷烃类、石蜡类、脂肪类或植物油；优选地，选自十二烷、十八烷、硅油、正辛烷、液体石蜡、庚烷、环己烷、椰子油、脂肪酸、油酸中的一种或几种。
一种制备上述的多孔陶瓷的方法，包括如下步骤：
步骤一：将无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂、去离子水搅拌均匀，并在搅拌状态下滴加短链表面活性剂制成分散液，加入油相并经发泡后形成颗粒稳定的Pickering乳液；
步骤二：Pickering乳液干燥后形成陶瓷胚体，并置入管式炉中进行烧结，得到多孔陶瓷。
更进一步地，步骤一中无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂和去离子水在室温下经磁力搅拌或机械搅拌至均匀，搅拌速度8000～20000rpm，搅拌时间1～30min；短链表面活性剂溶液的滴加速率为0.5～5mL/min。
更进一步地，步骤一中发泡采用手持混合器或高速搅拌机进行，搅拌速率5000～20000rpm。
更进一步地，步骤二中干燥条件为低压下或常压室温；烧结处理的条件为惰性气氛下，以1～20℃/min的速率缓慢升温至800～1800℃，碳化时间为1～10小时。惰性气氛通过向管式炉系统中通入惰性气体实现的，惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种、两种或更多种；惰性气体的流量为1～100mL/min。
本发明提供了一种通过形成颗粒稳定的Pickering乳液制备多孔陶瓷的方法，采用上述配方及滴加的方式加入短链表面活性剂，再将油相引入到悬浮液中，在搅拌下，浆料会产生细密且稳定的油滴，并通过料浆颗粒在油-水界面处的不可逆吸附形成长期稳定的乳液，将干燥后成型的浆料烧结去除油相，与此同时，颗粒表面包覆的碳水化合物经高温碳化形成石墨结构，最终得到石墨/多孔陶瓷材料，与其他方法相比，本专利中的方法具有形状易控，成分易控，密度易控等特点，有效减少了调试配方工艺的工作量，且Pickering乳液在干燥过程中材料无体积收缩，稳定性好，上述Pickering乳液在后续高温处理中也能够很好地保持形貌，陶瓷孔隙率调控范围更大，可以得到10-1000nm孔径的负载石墨的多孔陶瓷。
因碳水化合物的加入，采用本发明制备方法得到的多孔陶瓷具有三维连续的孔隙结构，包覆有连续的石墨结构，提高了多孔陶瓷的导热性，提升了多孔陶瓷的比表面积，从而提高多孔陶瓷的吸附性能。
此外，该多孔陶瓷的制备方法工艺简单，操作方便，对设备要求低，可进行大规模制备，可以用于相变材料载体、电容器电极、催化载体、净化分离、海水淡化、过滤材料、耐火材料、吸声减震等多个领域。
采用上述方法制备的多孔陶瓷的平均孔径为10nm～200μm，孔隙率为75％～95％，导热系数为0.5～3W/(mK)，多孔陶瓷具有三维连续的孔隙结构且包覆有连续的石墨结构，石墨层厚度为1～20nm。
优选地，平均孔径为0.1～100μm，优选为1～20μm；
优选地，孔隙率为70％～90％，优选为80％～90％；
优选地，导热系数为0.5～3W/(mK)，优选为0.8～2W/(mK)；
优选地，石墨层厚度为5～15nm，优选为6～10nm。
综上，本发明中的多孔陶瓷及其制备方法的有益效果分析如下：
1、本发明提供的通过形成颗粒稳定的Pickering乳液制备多孔陶瓷的方法有效减少了调试配方工艺的工作量；
2、Pickering乳液在干燥过程中材料无体积收缩，稳定性好，颗粒稳定的Pickering乳液在后续高温处理中也能够很好地保持形貌；
3、通过向悬浮液中加油搅拌，形成多孔结构，然后烧结去掉油相得到的多孔陶瓷具有形状、成分和密度易控等特点；
4、该制备方法制备的多孔陶瓷具有三维连续的孔隙结构且包覆有连续的石墨结构，提升了多孔陶瓷的导热性；
5、该制备方法工艺简单，操作方便，对设备要求低，可进行大规模制备，具有工业化生产的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明实施方式提供的实施例1制备的多孔羟基磷灰石陶瓷的结构示意图；
图2为本发明实施方式提供的实施例1制备的石墨/多孔羟基磷灰石颗粒的透射电子显微镜图；
图3为本发明实施方式提供的实施例1制备的羟基磷灰石陶瓷的扫描电子显微镜图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：
将氧化铝颗粒50g、蔗糖10g、聚丙烯酸铵盐1.5g置于100mL去离子水中在室温下搅拌均匀；之后在搅拌状态下滴加正己胺溶液(正己胺1.5g，乙醇2mL)制成分散液，滴加速率2mL/min；向制成的分散液中加入100mL正己烷，用手持混合器发泡，搅拌速率15000rpm，搅拌时间3min，形成颗粒稳定的Pickering乳液；上述Pickering乳液在室温干燥后置入管式炉的石英管中，对系统充氩气，氩气流量为10～20mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对Pickering泡沫进行加热，升温至最终碳化温度1500℃，并在该温度下恒温3小时。在氩气下缓慢降温，得到多孔氧化铝陶瓷，标记为C1。
多孔氧化铝陶瓷的结构请参考图1；请参考图2该氧化铝陶瓷颗粒中含有石墨结构，石墨层厚度为6.5nm；请参考图3，通过电子显微镜图可以看到该多孔陶瓷具有三维连通的孔隙结构。
本实施例制备得到的多孔氧化铝陶瓷的平均孔径为10μm，孔隙率为82.0％，导热系数为0.78W/(mK)，石墨层厚度为6nm。
实施例2：
将氧化铝颗粒60g、蔗糖18g、聚丙烯酸铵盐2g置于100mL去离子水中在室温下搅拌均匀；之后在搅拌状态下滴加没食子酸丙酯溶液(没食子酸丙酯2g，乙醇2mL)制成分散液，滴加速率2mL/min；将制成的分散液中加入150mL正十二烷，用手持混合器发泡，搅拌速率15000rpm，搅拌时间3min，形成颗粒稳定的Pickering乳液；上述Pickering乳液在室温干燥后置入管式炉的石英管中，对系统充氩气，氩气流量为10～20mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对陶瓷胚体进行加热，升温至最终碳化温度1500℃，并在该温度下恒温3小时。在氩气下缓慢降温，得到多孔氧化铝陶瓷，标记为C2。
本实施例制备得到的多孔氧化铝陶瓷的平均孔径为6μm，孔隙率为85.0％，导热系数为1.0W/(mK)，石墨层厚度为6.8nm
实施例3：
将氧化铝颗粒40g、淀粉15g、聚丙烯酸铵盐1g置于100mL去离子水中在室温下搅拌均匀；之后在搅拌状态下滴加十二烷基三甲基溴化铵溶液(十二烷基三甲基溴化铵1g，水2mL)制成分散液，滴加速率1mL/min；将制成的分散液中加入200mL正己烷，并用手持混合器发泡，搅拌速率15000rpm，搅拌时间3min，形成颗粒稳定的Pickering乳液；上述稳定的Pickering乳液在室温干燥后置入管式炉的石英管中，对系统充氩气，氩气流量为10～20mL/min，使石英管中无氧气等活泼气体。以10℃/min的速率对陶瓷胚体进行加热，升温至最终碳化温度1600℃，并在该温度下恒温3小时。在氩气下缓慢降温，得到多孔氧化铝陶瓷，标记为C3。
本实施例制备得到的多孔氧化铝陶瓷的平均孔径为4μm，孔隙率为88.0％，导热系数为1.2W/(mK)，石墨层厚度为7.5nm。
对比例1：
此对比例相对于实施例1，除没有加碳水化合物(蔗糖)外，其他原料配比、操作过程皆相同。对比例制备得到的多孔氧化铝陶瓷标记为C4，其平均孔径为20μm，孔隙率为76.1％，导热系数为0.4W/(mK)，无石墨层。
各实施例和对比例所制备多孔氧化铝陶瓷的平均粒径、孔隙率和导热系数结果如下表所示：
Figure BDA0003490849040000081
从上表数据可见，加入碳水化合物可以显著提升多孔陶瓷的导热系数，且得到的多孔陶瓷具有更小的孔径和更高的孔隙率。
因为碳水化合物的加入，采用本发明制备方法得到的多孔陶瓷具有三维连续的孔隙结构且包覆有均匀的石墨结构，提高了多孔陶瓷的导热性；碳水化合物的加入让悬浮液的浓度增大了，在加入油相发泡的时候，含有碳水化合物的组分，油滴合并的阻力比较大，因此，最后形成的多孔陶瓷孔径比较小，孔隙率比较高。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种多孔陶瓷，其特征在于，由Pickering乳液干燥后形成陶瓷胚体，对所述陶瓷胚体进行烧结后形成；
其中，Pickering乳液由无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂、去离子水搅拌均匀，并在搅拌状态下滴加短链表面活性剂制成分散液，加入油相并经发泡后形成，上述组分中的各原料的质量份为：
所述无机氧化物颗粒20～80份；
所述碳水化合物1～40份；
所述分散剂0.5～3份；
所述去离子水100份；
所述短链表面活性剂0.5～3份；
所述油相为0.5～6份。
2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷，其特征在于，
所述无机氧化物颗粒40～60份，所述碳水化合物10～30份，所述分散剂1～2份，所述去离子水100份，所述短链表面活性剂1～2份，所述油相为1～3份。
3.根据权利要求2所述的多孔陶瓷，其特征在于，
所述无机氧化物颗粒包括氧化铝、氧化锆、氧化硅、磷酸钙、羟基磷灰石、堇青石，二氧化硅中的一种或几种；
所述无机氧化物颗粒平均粒径为5nm～100μm。
4.根据权利要求3所述的多孔陶瓷，其特征在于，
所述碳水化合物包括单糖、二糖、低聚糖或多糖。
5.根据权利要求4所述的多孔陶瓷，其特征在于，
所述分散剂包括硅酸盐类、碱金属磷酸盐类或有机分散剂。
6.根据权利要求5所述的多孔陶瓷，其特征在于，
所述短链表面活性剂包括烷基没食子酸、羧酸类、烷基胺或季铵盐；
所述油相包括烷烃类、石蜡类、脂肪类或植物油。
7.一种制备如权利要求1-6任一项所述的多孔陶瓷的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将所述无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂、去离子水搅拌均匀，并在搅拌状态下滴加短链表面活性剂制成分散液，加入油相并经发泡后形成颗粒稳定的Pickering乳液；
步骤二：所述Pickering乳液干燥后形成陶瓷胚体，并置入管式炉中进行烧结，得到多孔陶瓷。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤一中所述无机氧化物颗粒、碳水化合物、分散剂和去离子水在室温下经磁力搅拌或机械搅拌至均匀，搅拌速度8000～20000rpm，搅拌时间1～30min；
所述短链表面活性剂溶液的滴加速率为0.5～5mL/min。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
步骤一中所述发泡采用手持混合器或高速搅拌机进行，搅拌速率5000～20000rpm。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
步骤二中所述干燥条件为低压下或常压室温；所述碳化处理的条件为惰性气氛下，以1～20℃/min的速率缓慢升温至800～1800℃，碳化时间为1～10小时。
CN202210095440.4A 2022-01-26 2022-01-26 一种多孔陶瓷及其制备方法 Pending CN114368978A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210095440.4A CN114368978A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种多孔陶瓷及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210095440.4A CN114368978A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种多孔陶瓷及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114368978A true CN114368978A (zh) 2022-04-19

Family

ID=81146445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210095440.4A Pending CN114368978A (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种多孔陶瓷及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114368978A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115745656A (zh) * 2022-11-28 2023-03-07 中国地质大学（北京） 一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷及其制备方法
CN115894007A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 深圳市基克纳科技有限公司 一种生物多孔陶瓷及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080159899A1 (en) * 2005-06-27 2008-07-03 K.U.Leuven Research & Development Process For Producing Sintered Porous Materials
WO2013004336A1 (de) * 2011-07-07 2013-01-10 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur herstellung einer porösen keramik und damit erhältliche poröse keramik
CN109621918A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 同济大学 一种氨基功能化多孔材料及其制备方法和应用
WO2020240579A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) Method for preparation of porous mullite ceramic from pickering emulsion

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080159899A1 (en) * 2005-06-27 2008-07-03 K.U.Leuven Research & Development Process For Producing Sintered Porous Materials
WO2013004336A1 (de) * 2011-07-07 2013-01-10 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur herstellung einer porösen keramik und damit erhältliche poröse keramik
EP2729431A1 (de) * 2011-07-07 2014-05-14 Karlsruher Institut für Technologie Verfahren zur herstellung einer porösen keramik und damit erhältliche poröse keramik
CN109621918A (zh) * 2018-12-17 2019-04-16 同济大学 一种氨基功能化多孔材料及其制备方法和应用
WO2020240579A1 (en) * 2019-05-30 2020-12-03 INDIAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY MADRAS (IIT Madras) Method for preparation of porous mullite ceramic from pickering emulsion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李亚莉: "颗粒稳定软凝聚模板构筑多级孔材料及其储热载体的研究", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(博士)工程科技Ⅰ辑》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115894007A (zh) * 2022-11-24 2023-04-04 深圳市基克纳科技有限公司 一种生物多孔陶瓷及其制备方法
CN115745656A (zh) * 2022-11-28 2023-03-07 中国地质大学（北京） 一种具有多重“孔-窗结构”的三维连通堇青石泡沫陶瓷及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114368978A (zh) 一种多孔陶瓷及其制备方法
Al‐Muhtaseb et al. Preparation and properties of resorcinol–formaldehyde organic and carbon gels
Cai et al. Sintering behavior of SiO2 aerogel composites reinforced by mullite fibers via in-situ rapid heating TEM observations
US7666380B2 (en) Imprinted mesoporous carbons and a method of manufacture thereof
US7892515B2 (en) Making mesoporous carbon with tunable pore size
Shen et al. Preparation of activated mesocarbon microbeads with high mesopore content
Komarneni et al. Nanocomposite aerogels: the SiO2–Al2O3 system
Kazakos et al. Sol-gel processing of cordierite: Effect of seeding and optimization of heat treatment
CN111072318B (zh) 一种具有取向导热特性的石墨烯气凝胶相变复合材料及其制备方法
CN109652022B (zh) 一种新型复合硅藻土相变储能材料载体的制备方法
CN110451465B (zh) 一种海胆状氮化硼纳米球-纳米管分级结构及其制备方法
CN111410523B (zh) 一种超轻质多孔熔融石英泡沫及其制备方法
CN102311132A (zh) 一种棒状一维多晶γ-Al2O3纳米晶粒及其制备方法
CN111807817B (zh) 一种高比表面积莫来石晶须-凹凸棒多孔陶瓷及其制备方法
CN111362295A (zh) 一种高比表面积有序大介孔氧化铈材料及其制备方法
Dilsiz et al. Study of sol–gel processing for fabrication of low density alumina microspheres
CN104475078A (zh) 一种纳米稀土金属氧化物/碳纳米管复合催化剂的制备方法
CN115124363B (zh) 一种耐高温超轻质陶瓷纤维多孔弹性体材料及其制备方法和应用
KR20180104472A (ko) 마이크로기공과 메조기공이 공존하는 구형의 위계다공성 카본 및 그 제조방법
CN111285368B (zh) 一种氮硼双掺杂多孔中空碳纳米胶囊材料的制备方法
Ortega‐Trigueros et al. Synthesis of high‐surface area mesoporous SiC with hierarchical porosity for use as catalyst support
CN110819307A (zh) 一种多孔碳基定型复合相变材料及制备和应用
CN114247388B (zh) 一种高比表面积铝酸锌和铝酸镁气凝胶制备方法
Zhang et al. High-strength, 3D interconnected alumina ceramic foams with high porosity comparable to aerogels
Xia et al. Facile and high yield synthesis of mesostructured MCM-48 silica crystals

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination