CN115160017A - 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法 - Google Patents

一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115160017A
CN115160017A CN202210770747.XA CN202210770747A CN115160017A CN 115160017 A CN115160017 A CN 115160017A CN 202210770747 A CN202210770747 A CN 202210770747A CN 115160017 A CN115160017 A CN 115160017A
Authority
CN
China
Prior art keywords
zirconia
slurry
foam
ceramic
foaming agent
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.)
Granted
Application number
CN202210770747.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN115160017B (zh
Inventor
曾宇平
冷全乐
姚冬旭
夏咏锋
梁汉琴
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.)
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Ceramics of CAS
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 Shanghai Institute of Ceramics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Ceramics of CAS
Priority to CN202210770747.XA priority Critical patent/CN115160017B/zh
Publication of CN115160017A publication Critical patent/CN115160017A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115160017B publication Critical patent/CN115160017B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • C04B38/10—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof by using foaming agents or by using mechanical means, e.g. adding preformed foam
    • 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
    • C04B35/48—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 zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • 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
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5445—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof submicron sized, i.e. from 0,1 to 1 micron
    • 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
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6022—Injection moulding
    • 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
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/606—Drying
    • 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
    • C04B2235/70—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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括：（1）以氧化锆粉体和凝胶剂为原料，配制固相含量为15vol.％～35vol.％的水基陶瓷浆料；（2）在所得水基陶瓷浆料中加入发泡剂分散均匀后，调节浆料pH值至7.8～8.5，再经进行机械搅拌发泡，得到泡沫浆料；所述发泡剂为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂预先混合得到的复合发泡剂；（3）将所得泡沫浆料注入模具，再经固化、脱模和干燥，得到氧化锆泡沫陶瓷坯体；（4）将所得的氧化锆泡沫陶瓷坯体在1200～1600℃下烧结1～10小时，得到所述高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷。

Description

一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，属于泡沫陶瓷材料技术领域。
背景技术
泡沫陶瓷结合了多孔材料和陶瓷材料的优点，具有高气孔率、低密度、高比表面积和能量吸收等特点外，同时具有耐腐蚀、耐高温、低热导率和尺寸稳定性等性能，广泛应用于保温，吸音，过滤和人工骨等领域。泡沫陶瓷的制备方法主要有有机泡沫浸渍法、添加造孔剂法和浆料直接发泡法。相比其它方法，浆料直接发泡法具有工艺简单、绿色环保、生产成本低廉等特点，有着重要的研究和应用价值。
陶瓷浆料直接发泡制备泡沫陶瓷的关键在于稳定泡沫，为阻止泡沫破裂、合并、奥斯瓦尔德熟化等不稳定过程的发生，通常采用的方法是颗粒稳定泡沫法，其利用表面疏水化的陶瓷颗粒不可逆地吸附在气/液界面来稳定泡沫。然而，由于陶瓷颗粒紧密地覆盖在泡沫的气/液界面上，颗粒稳定泡沫法制备的泡沫陶瓷往往具有将孔穴相互分隔的完整孔壁，难以获得高度开孔的结构，这限制了其在吸附、催化、过滤等领域的进一步发展。因此提高颗粒稳定泡沫的气孔贯通性以制备高度开孔的泡沫陶瓷具有重要意义。
发明内容
为此，本发明开发了一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括：
(1)以氧化锆粉体和凝胶剂为原料，配制固相含量为15vol.％～35vol.％的水基陶瓷浆料；
(2)在所得水基陶瓷浆料中加入发泡剂分散均匀后，调节浆料pH值至7.8～8.5，再经进行机械搅拌发泡，得到泡沫浆料；所述发泡剂为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂预先混合得到的复合发泡剂；
(3)将所得泡沫浆料注入模具，再经固化、脱模和干燥，得到氧化锆泡沫陶瓷坯体；
(4)将所得的氧化锆泡沫陶瓷坯体在1200～1600℃下烧结1～10小时，得到所述高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷。
本发明中，选用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复合物做发泡剂，阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂在静电吸引作用下联结成复合表面活性剂，并吸附在氧化锆颗粒表面达到疏水改性的效果，疏水改性氧化锆颗粒吸附在气液界面发挥稳定气泡的作用。同时，本发明通过调节阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比实现泡沫液膜稳定性的改变，一方面，调节阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比导致表面充满电荷的氧化锆颗粒之间静电排斥作用的改变，使泡沫液膜粘度发生改变，另一方面，阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比的变化导致泡沫液膜气液界面组成的不同，使液膜阻碍相邻气泡靠近的分离压力发生改变，这两方面变化引起泡沫液膜稳定性的改变。具有合适液膜稳定性的泡沫浆料在固化过程中发生有限破裂，实现具有开孔结构的氧化锆泡沫陶瓷的制备。
较佳的，所述氧化锆粉体的中位粒径为0.3～4.5μm。
较佳的，所述凝胶剂为异丁烯-马来酸酐共聚物，加入量为氧化锆粉体质量的0.1～5wt％。
较佳的，所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均为长链离子表面活性剂；
优选地，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基羟乙基二甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；
优选地，所述阴离子表面活性剂为十六烷基硫酸钠、十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、月桂酰肌氨酸钠中的至少一种；所述发泡剂加入量为氧化锆粉体质量的0.05～2wt％。
较佳的，所述发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为1：(0.2～4)，优选为1:1。当阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的加入质量接近时，所制备的氧化锆泡沫陶瓷具有高度开孔结构，且其孔壁上开孔结构分布均匀。当阳离子表面活性剂加入过多时，浆料的发泡性降低，氧化锆泡沫陶瓷的气孔率降低，且孔壁上开孔结构数量减少；当阴离子表面活性剂加入过多时，氧化锆泡沫陶瓷的气孔率增加，但泡沫液膜的稳定性变差，氧化锆泡沫陶瓷内部出现结构塌陷，强度降低。
较佳的，步骤(2)中，通过搅拌或球磨使发泡剂分散均匀，所述搅拌或球磨混合的转速为50～200转/分钟，时间为10～20分钟。
较佳的，调节浆料pH值所用pH调节剂选自盐酸、氢氧化钠和氨水中的至少一种。
较佳的，所述机械搅拌发泡为：在50～400转/分钟的转速下，球磨搅拌1～10小时。
较佳的，所述固化的温度为室温(20～25℃)，固化时间为1～10小时；所述干燥为在室温(20～25℃)下放置10～72小时。
较佳的，所述烧结制度为以1～5℃/min的升温速率加热至1200～1600℃，随后保温1～10小时。
再一方面，本发明还提供了一种根据上述制备方法制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷，所述高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的气孔率为25～85％，一级宏孔结构平均孔径为30～460μm，孔壁上开孔平均孔径为15～150μm，抗压强度为1.5～270MPa。
有益效果：
(1)本发明采用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复合物做发泡剂，通过调控浆料发泡产生的泡沫的液膜稳定性，制备具有开孔结构的高强度氧化锆泡沫陶瓷，制备工艺简单、步骤少、易于操作；
(2)本发明的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷制备方法，不产生有毒、有害物质，环境友好；
(3)本发明制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的气孔率、开孔结构和强度可以简单地通过调节原料配比在较宽范围内变化，以满足不同需求。
附图说明
图1为实施例1制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷实物图；
图2为实施例1制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的显微结构随复合发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂加入质量比的变化情况图；
图3为实施例2制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的显微结构随复合发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂加入质量比的变化情况图；
图4为实施例3制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的显微结构随复合发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂加入质量比的变化情况图；
图5为实施例4制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的显微结构图。
具体实施例方式
以下通过下述实施例方式进一步说明本发明，应理解，下述实施例方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
因为目前较少有文献报道采用直接发泡法制备具有开孔结构可控的泡沫陶瓷，本发明采用直接发泡法制备了具有开孔结构的高强度氧化锆泡沫陶瓷，开孔结构是说氧化锆泡沫陶瓷上孔壁具有均匀的开孔，此为本发明的技术难题。本公开中，采用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复合物做发泡剂，以调控浆料发泡产生的泡沫的液膜稳定性，通过后期泡沫固化过程中液膜的有限破裂使孔壁得到开孔结构。
在本发明一实施方式中，制备固含量为15～35vol.％的氧化锆水基浆料，然后加入由阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂混合得到的复合发泡剂，通过搅拌或球磨使复合发泡剂分散均匀，再调节浆料的pH，得到粘度低、流动性良好的氧化锆浆料。通过球磨进行机械发泡得到气泡分布均匀的泡沫浆料。泡沫浆料注入模具后在室温下固化、脱模、干燥后形成氧化锆泡沫陶瓷坯体。最后经烧结得到高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷。本发明中，采用复合表面活性剂以增强发泡和泡沫稳定性的同时，还采用调控pH的方式使破裂后的泡沫保持球状，防止泡沫完全破裂，最终得到与其他直接发泡法制备泡沫陶瓷不同的开口结构。
以下示例性地说明高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷制备方法。
氧化锆水基浆料(氧化锆浆料)的制备。以去离子水为溶剂，加入适量的凝胶剂，再加入氧化锆粉体，通过球磨制备分散均匀的氧化锆浆料。其中凝胶剂可为水基凝胶体系异丁烯-马来酸酐共聚物(Isobam)，加入量为氧化锆粉体质量的0.1～5wt％。凝胶剂加入过少，泡沫浆料难以固化且烧制的氧化锆泡沫陶瓷孔径变大、强度降低；凝胶剂加入过多，氧化锆浆料粘度过高，导致发泡不充分甚至难以发泡。氧化锆浆料的固含量在15～35vol.％，优选为20～30vol.％。
复合发泡剂(复合表面活性剂)的加入。本发明中，加入复合发泡剂的目的是对氧化锆粉体进行疏水改性和对氧化锆浆料发泡产生的泡沫的液膜稳定性进行调控。复合发泡剂由阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂简单混合得到。其中，所述阳离子表面活性剂可为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基羟乙基二甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。所述阴离子表面活性剂可为十六烷基硫酸钠、十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、月桂酰肌氨酸钠中的至少一种。阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的加入质量比可为1：(0.2～4)。阳离子表面活性剂加入过多，浆料的发泡性降低，氧化锆泡沫陶瓷的气孔率降低，且孔壁上开孔结构数量减少；阴离子表面活性剂加入过多，氧化锆泡沫陶瓷的气孔率增加，但泡沫液膜的稳定性变差，氧化锆泡沫陶瓷内部出现结构塌陷，强度降低。复合发泡剂的加入量可为氧化锆粉体质量的0.05～2wt％。通过10～20分钟的低速搅拌或球磨混合使加入的复合发泡剂分散均匀。复合发泡剂分散均匀后，使用盐酸、氢氧化钠、氨水中的至少一种调节氧化锆浆料的pH在7.8～8.5之间，以保证氧化锆浆料具有较低的粘度和良好的流动性。本发明调节pH的作用是为控制浆料合适的粘度，而不是使颗粒氧化锆颗粒均匀分散。因为泡沫发生有限破裂后，防止其进一步破裂，需调节pH以使浆料具有合适的粘度。本发明调节pH后浆料粘度有所增加。
泡沫浆料的制备。将均匀分散有复合发泡剂的氧化锆浆料通过球磨进行机械发泡，得到气泡分布均匀的泡沫浆料。球磨转速可为50～400转/分钟，球磨时间可为1～10小时。
氧化锆泡沫陶瓷坯体的制备。将泡沫浆料注入模具后，在室温下自发固化，放置1～10小时，即可脱模，再在室温下干燥10～72小时，得到氧化锆泡沫陶瓷坯体。
氧化锆泡沫陶瓷坯体的烧结。将氧化锆泡沫陶瓷坯体以1～5℃/min的升温速率加热至1200～1600℃，保温1～10小时进行烧结，得到氧化锆泡沫陶瓷。
总的来说，本发明利用阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂混合形成的复合发泡剂调控泡沫浆料的液膜稳定性，通过泡沫浆料固化过程中液膜的有限破裂使孔壁得到开孔结构。具有合适液膜稳定性的泡沫浆料在固化过程中发生有限破裂时，所得氧化锆泡沫陶瓷具有高度开孔结构，且其孔壁上开孔结构分布均匀。采用本发明方法制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷其气孔率、开孔结构和强度可通过调节原料配比控制。通过氧化锆泡沫陶瓷的质量和尺寸计算气孔率、扫描电子显微镜观察显微结构和万能力学试验机测试抗压强度，可知本发明制备的氧化锆泡沫陶瓷的气孔率为25～85％，一级宏孔结构平均孔径为30～460μm，孔壁上开孔平均孔径为15～150μm，抗压强度为1.5～270Mpa。
下面进一步例举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围内选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1
(1)制备氧化锆浆料：以中位粒径为0.56μm的氧化锆粉体为原料，以去离子水为溶剂，使用异丁烯-马来酸酐共聚物为凝胶剂，凝胶剂加入量为氧化锆粉体质量的0.5wt.％，通过球磨制备分散均匀、固含量为25vol.％的氧化锆浆料；
(2)加入复合发泡剂：向氧化锆浆料中加入0.1wt.％复合发泡剂(十六烷基三甲基溴化铵和月桂酰肌氨酸钠按质量比为1:1混合得到的复合物)，继续球磨15分钟，然后使用0.5mol/L HCl调pH至8.3；
(3)机械搅拌发泡：利用行星球磨机在300转/分钟转速下，球磨2小时得到氧化锆泡沫浆料；
(4)泡沫浆料的固化和干燥：将泡沫浆料注入模具中，室温放置8小时后，脱模，再室温干燥60小时；
(5)烧结：将泡沫陶瓷坯体以3℃/min升温速率加热至1500℃，保温2小时，然后随炉冷却，得到氧化锆泡沫陶瓷，如图1所示。
实施例2
本实施例2中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：向氧化锆浆料中加入的复合发泡剂组成，其由十六烷基三甲基溴化铵和月桂酰肌氨酸钠按质量比为1:2.5混合得到。
实施例3
本实施例3中制备工艺与实施例1类似，不同点在于：向氧化锆浆料中加入的复合发泡剂组成，其由十六烷基三甲基溴化铵和月桂酰肌氨酸钠按质量比为1:0.4混合得到。
图2、图3、图4分别示出实施例1、实施例2、实施例3制备氧化锆泡沫陶瓷的显微结构图，可以看出，该工艺制备的氧化锆泡沫陶瓷孔壁具有均匀的开孔结构，且随着复合发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂质量比的减小(月桂酰肌氨酸钠加入量增加)，孔壁上开孔数量增加且开孔孔径增大。
实施例4
本实施例4中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：氧化锆浆料固含量为27vol.％，泡沫浆料浇注后室温放置6小时再脱模进行干燥。
图5示出实施例4制备氧化锆泡沫陶瓷的显微结构图，结合图2(实施例1，固含量25vol.％)可以看出，高固含量氧化锆浆料制备的氧化锆泡沫陶瓷其孔壁上的开孔孔径更小且开孔数量更少。
实施例5
本实施例5中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：步骤(2)中，使用0.5mol/LHCl调pH至8.5。
实施例6
本实施例6中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：步骤(2)中，使用0.5mol/LHCl调pH至7.8。
对比例1
本对比例1中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：步骤(2)中，不使用0.5mol/LHCl，其pH为8.7。
对比例2
本对比例2中制备工艺与实施例1类似，区别仅在于：步骤(2)中，使用0.5mol/LHCl调pH至7.5。pH加入过多时，氧化锆湿泡沫不稳定，固化过程中发生泡孔结构坍塌，其原因与颗粒发生聚集降低浆料稳定性有关。
表1为实施例1-6及对比例1所制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的性能参数：
Figure BDA0003724117470000061
Figure BDA0003724117470000071
Figure BDA0003724117470000072
采用KINEXUS-PRO流变仪测试了浆料的粘度可为700～1500Pa·s(在0.1s-1的剪切速率下)。
由表1、图2、图3、图4和图5可以看出，采用本发明制备的开孔氧化锆泡沫陶瓷其气孔率、开孔结构和强度可通过调节原料配比在较宽范围内变化，可以满足吸附、催化、过滤等领域的不同性能需求。

Claims (10)

1.一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，包括：
（1）以氧化锆粉体和凝胶剂为原料，配制固相含量为15vol.％～35vol.％的水基陶瓷浆料；
（2）在所得水基陶瓷浆料中加入发泡剂分散均匀后，调节浆料pH值至7.8～8.5，再经进行机械搅拌发泡，得到泡沫浆料；所述发泡剂为阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂预先混合得到的复合发泡剂；
（3）将所得泡沫浆料注入模具，再经固化、脱模和干燥，得到氧化锆泡沫陶瓷坯体；
（4）将所得的氧化锆泡沫陶瓷坯体在1200～1600℃下烧结1～10小时，得到所述高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氧化锆粉体的中位粒径为0.3～4.5μm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述凝胶剂为异丁烯-马来酸酐共聚物，加入量为氧化锆粉体质量的0.1～5wt％。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂均为长链离子表面活性剂；
优选地，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵、十四烷基三甲基氯化铵、十六烷基羟乙基二甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种；
优选地，所述阴离子表面活性剂为十六烷基硫酸钠、十二烷基硫酸三乙醇胺、十二烷基苯磺酸钠、月桂酰肌氨酸钠中的至少一种；所述发泡剂加入量为氧化锆粉体质量的0.05～2wt％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂中阳离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为1：（0.2～4）。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，调节浆料pH值所用pH调节剂选自盐酸、氢氧化钠和氨水中的至少一种。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述机械搅拌发泡为：在50～400转/分钟的转速下，球磨搅拌1～10小时。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述固化的温度为室温（20～25℃），固化时间为1～10小时；所述干燥为在室温下放置10～72小时。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烧结制度为以1～5℃/min的升温速率加热至1200～1600℃，随后保温1～10小时。
10.一种根据权利要求1-9 中任一项所述的制备方法制备的高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷，其特征在于，所述高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的气孔率为25～85％，一级宏孔结构平均孔径为30～460μm，孔壁上开孔平均孔径为15～150μm，抗压强度为1.5～270MPa。
CN202210770747.XA 2022-06-30 2022-06-30 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法 Active CN115160017B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210770747.XA CN115160017B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210770747.XA CN115160017B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115160017A true CN115160017A (zh) 2022-10-11
CN115160017B CN115160017B (zh) 2023-06-02

Family

ID=83489840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210770747.XA Active CN115160017B (zh) 2022-06-30 2022-06-30 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115160017B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9821663D0 (en) * 1998-10-05 1998-11-25 Abonetics Ltd Foamed ceramics
CN104926357A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 新型注凝成型体系制备Ca-ZrO2泡沫陶瓷的方法及Ca-ZrO2泡沫陶瓷
CN105036788A (zh) * 2015-09-01 2015-11-11 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 泡沫陶瓷的制备方法
CN111205093A (zh) * 2019-04-26 2020-05-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种超轻质氮化硅泡沫陶瓷的制备方法
CN111410523A (zh) * 2020-03-11 2020-07-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种超轻质多孔熔融石英泡沫及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9821663D0 (en) * 1998-10-05 1998-11-25 Abonetics Ltd Foamed ceramics
CN104926357A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 中国科学院上海硅酸盐研究所 新型注凝成型体系制备Ca-ZrO2泡沫陶瓷的方法及Ca-ZrO2泡沫陶瓷
CN105036788A (zh) * 2015-09-01 2015-11-11 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 泡沫陶瓷的制备方法
CN111205093A (zh) * 2019-04-26 2020-05-29 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种超轻质氮化硅泡沫陶瓷的制备方法
CN111410523A (zh) * 2020-03-11 2020-07-14 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种超轻质多孔熔融石英泡沫及其制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杜中培: "隔声去耦多孔陶瓷的制备及其声学性能研究", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
艾建平等: "孔特性可控的轻质YSZ泡沫陶瓷制备及其力学性能研究", 《稀有金属材料与工程》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115160017B (zh) 2023-06-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102584329B (zh) 一种高孔隙率多孔陶瓷的制备方法
EP2361679A2 (en) Ultrastable particle-stabilized emulsions
CN111410523B (zh) 一种超轻质多孔熔融石英泡沫及其制备方法
CN106009428A (zh) 一种二氧化硅填充ptfe复合材料及其制备方法
CN106866021B (zh) 纳米改性超稳定泡沫及其在超轻密度水泥基多孔材料中的应用
CN106518095B (zh) 一种表面活性剂疏水改性分散剂制备泡沫陶瓷的方法
CN110862271B (zh) 一种地聚物开孔发泡材料及其制备方法和应用
CN106316456B (zh) 一种疏水絮凝制备泡沫陶瓷的方法
CN112079585B (zh) 一种利用微孔发泡制备的超疏水地聚合物及其制备方法
CN111205093A (zh) 一种超轻质氮化硅泡沫陶瓷的制备方法
US10119775B2 (en) High-performance heat-insulating materials
CN109320257B (zh) 一种高强度高孔隙率多孔氮化硅陶瓷的制备方法
US7481968B2 (en) Method for preparing a sintered porous body of metal or ceramic
KR101494501B1 (ko) 다이렉트 발포방식을 이용한 기능성 다공체 세라믹 재료의 제조방법 및 기능성 다공체 세라믹 재료
CN107162391B (zh) 一种以废玻璃为原料制备微米级气孔结构可调控的泡沫玻璃的制备方法
CN112980043B (zh) 一种同质核壳结构的多孔壳聚糖微球及其制备方法和应用
CN115160017A (zh) 一种高强度开孔氧化锆泡沫陶瓷的制备方法
CN109293350B (zh) 一种低介电多孔莫来石透波材料及其制备方法
WO2020240579A1 (en) Method for preparation of porous mullite ceramic from pickering emulsion
CN115677377B (zh) 一种尾矿基多孔陶瓷材料的制备方法
JP4426524B2 (ja) 無機質多孔体及びその製造方法
CN108863435B (zh) 一种由铝溶胶自凝胶成型制备氧化铝泡沫陶瓷的方法
JP2010132487A (ja) セラミック多孔体の製造方法
JP2005042193A (ja) 金属又はセラミックス含有発泡焼結体の製造方法
CN110372269B (zh) 发泡-漂珠复合造孔的三维无机聚合物泡沫复合材料制备方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant