CN115231944A - 一种低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法，涉及无机非金属材料制备技术领域。本发明以特定的矿物粉料(红柱石、蓝晶石和硅线石中的一种)作为原料，采用发泡‑凝胶注模法，利用原料在高温下的相转变产生的体积膨胀效应来抵消烧结收缩，而且含铝的添加剂在烧结过程中也会发生体积膨胀进一步抵消烧结收缩，此外，加入的含铝添加剂与相转变析出的二氧化硅反应会生成莫来石晶须增强力学性能，进而得到了低收缩莫来石基多孔陶瓷，以满足制备形状复杂的多孔陶瓷部件和降低加工成本等需要。实施例的结果表明，本发明制备的低收缩莫来石基多孔陶瓷收缩率仅为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。

Description

一种低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料制备技术领域，特别涉及一种低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
多孔陶瓷具有高孔隙率、大比表面积和高化学稳定性，因此被广泛应用于保温、过滤、生物支架等诸多领域。而多孔莫来石陶瓷因其具有耐高温、耐腐蚀以及良好的抗热震性和抗蠕变性能等优点，在隔热、过滤、催化剂载体等领域具有良好的应用前景。
目前，制备多孔陶瓷的方法有颗粒堆积法、添加造孔剂法、直接发泡法、有机模板浸渍法、凝胶注模法等。无论采用何种方法制备多孔陶瓷，烧结都是决定其微观结构和性能的重要步骤。众所周知，制备多孔陶瓷的烧结收缩率通常较大，线性收缩率往往大于7％甚至更高至30％。较大的收缩率会导致陶瓷烧结时容易产生变形和开裂，使制备高孔隙率陶瓷和获得预期的多孔结构变得困难。此外，对于多孔陶瓷部件，特别是形状复杂的多孔陶瓷部件，大的收缩率会大大提高多孔陶瓷之后的加工成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法，本发明制备的多孔陶瓷收缩率低。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种低收缩莫来石基多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
将矿物粉料、水、含铝添加剂和分散剂进行混合球磨，得到陶瓷浆料；所述矿物粉料为红柱石、蓝晶石或硅线石；
将所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液混合，得到预混料；
将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合，进行发泡，得到发泡浆料；
将所述发泡浆料倒入模具中，进行凝胶，脱模后得到陶瓷坯体；
将所述陶瓷坯体依次进行干燥和烧结，得到低收缩莫来石基多孔陶瓷；所述烧结的温度为1100～1500℃。
优选的，所述含铝添加剂为氧化铝、氯化铝、氟化铝或氢氧化铝；所述含铝添加剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～40％。
优选的，所述分散剂为聚甲基丙烯酸、氨基乙醇或柠檬酸铵，所述分散剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的0.1～1％。
优选的，所述胶凝剂溶液中的胶凝剂为卡拉胶、果胶、明胶或卡德兰胶；所述胶凝剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～10％。
优选的，所述发泡剂为脂肪醇醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；所述发泡剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％。
优选的，所述增塑剂为聚乙二醇或丙三醇；所述增塑剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％。
优选的，所述预混料中矿物粉料和含铝添加剂的总质量含量为55～65％。
优选的，所述烧结的时间为1～5小时。
优选的，所述发泡的温度为30～80℃，时间为10～30分钟。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的低收缩莫来石基多孔陶瓷，所述低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。
本发明提供了一种低收缩莫来石基多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：将矿物粉料、水、含铝添加剂和分散剂进行混合球磨，得到陶瓷浆料；所述矿物粉料为红柱石、蓝晶石或硅线石；将所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液混合，得到预混料；将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合，进行发泡，得到发泡浆料；将所述发泡浆料倒入模具中，进行凝胶，脱模后得到陶瓷坯体；将所述陶瓷坯体依次进行干燥和烧结，得到低收缩莫来石基多孔陶瓷；所述烧结的温度为1100～1500℃。本发明以特定的矿物粉料(红柱石、蓝晶石和硅线石中的一种)作为原料，采用发泡-凝胶注模法，利用原料在高温下的相转变产生的体积膨胀效应来抵消烧结收缩，而且含铝的添加剂在烧结过程中也会发生体积膨胀进一步抵消烧结收缩，此外，加入的含铝添加剂与相转变析出的二氧化硅反应会生成莫来石晶须增强力学性能，进而得到了低收缩莫来石基多孔陶瓷，以满足制备形状复杂的多孔陶瓷部件和降低加工成本等需要。实施例的结果表明，本发明制备的低收缩莫来石基多孔陶瓷收缩率仅为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。
此外，本发明方法还具有工艺简单、环境友好、成本低等优点，便于大规模生产。
附图说明
图1为实施例1制备的多孔陶瓷的SEM图；
图2为实施例2制备的多孔陶瓷的SEM图；
图3为实施例3制备的多孔陶瓷的SEM图。
具体实施方式
本发明提供了一种低收缩莫来石基多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
将矿物粉料、水、含铝添加剂和分散剂进行混合球磨，得到陶瓷浆料；所述矿物粉料为红柱石、蓝晶石或硅线石；
将所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液混合，得到预混料；
将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合，进行发泡，得到发泡浆料；
将所述发泡浆料倒入模具中，进行凝胶，脱模后得到陶瓷坯体；
将所述陶瓷坯体依次进行干燥和烧结，得到低收缩莫来石基多孔陶瓷；所述烧结的温度为1100～1500℃。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
本发明将矿物粉料、水、含铝添加剂和分散剂进行混合球磨，得到陶瓷浆料；所述矿物粉料为红柱石、蓝晶石或硅线石。
在本发明中，所述矿物粉料的粒径优选为2～5μm。当所述矿物粉料的粒径不满足上述要求时，本发明优选将矿物粉料和无水乙醇进行球磨，然后干燥，得到粒径满足要求的矿物粉料。
在本发明中，所述水的质量优选为水和矿物粉料总质量的25～35％，更优选为30％。
在本发明中，所述含铝添加剂优选为氧化铝、氯化铝、氟化铝或氢氧化铝；所述含铝添加剂的质量优选为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～40％，更优选为10～35％，进一步优选为15～30％。
在本发明中，所述分散剂优选为聚甲基丙烯酸、氨基乙醇或柠檬酸铵，所述分散剂的质量优选为含铝添加剂和矿物粉料总质量的0.1～1％，更优选为0.3～0.8％，进一步优选为0.5～0.7％。
在本发明中，所述混合球磨的时间优选为1～4小时，更优选为2～3小时。本发明对所述混合球磨的转速没有特殊要求，采用本领域熟知的转速即可。
得到陶瓷浆料后，本发明将所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液混合，得到预混料。在本发明中，所述胶凝剂溶液的制备方法优选包括：在水中加入胶凝剂，于水浴锅30～80℃中加热10～20分钟。在本发明中，所述胶凝剂优选为卡拉胶、果胶、明胶或卡德兰胶；所述胶凝剂的质量优选为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～10％，更优选为6～9％，进一步优选为7～8％。本发明对所述胶凝剂溶液的浓度没有特殊要求，根据预混料的固含量确定。在本发明中，所述预混料中的固含量(即矿物粉料和含铝添加剂的总质量含量)优选为60％。
在本发明中，所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液的混合优选在搅拌和加热条件下进行；所述加热的温度优选为30～80℃。
得到预混料后，本发明将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合，进行发泡，得到发泡浆料。
在本发明中，所述发泡剂优选为脂肪醇醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；所述发泡剂的质量优选为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％，更优选为2～4％。在本发明中，所述增塑剂优选为聚乙二醇或丙三醇；所述增塑剂的质量优选为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％，更优选为2～4％，进一步优选为2.5～3.5％。
本发明将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合优选包括：将发泡剂和增塑剂加入到预混料中。在本发明中，所述发泡的温度优选为30～80℃，更优选为40～70℃，进一步优选为50～60℃；所述发泡的时间优选为10～30分钟，更优选为15～25分钟。在本发明中，所述发泡优选在搅拌条件下进行。
得到发泡浆料后，本发明将所述发泡浆料倒入模具中，进行凝胶，脱模后得到陶瓷坯体。
在本发明中，所述凝胶优选在室温条件下进行，所述凝胶的时间优选为1～5小时。
得到陶瓷坯体后，本发明将所述陶瓷坯体依次进行干燥和烧结，得到低收缩莫来石基多孔陶瓷。
在本发明中，所述干燥的温度优选为80～100℃，更优选为85～95℃；所述干燥的时间优选为12～48小时，更优选为20～40小时，进一步优选为25～35小时。在本发明中，所述干燥优选在干燥箱中进行。本发明利用干燥保证水分完全挥发，从而防止焙烧过程快速的升温会导致陶瓷出现开裂。
在本发明中，所述烧结的温度优选为1100～1500℃，更优选为1200～1400℃，进一步优选为1250～1350℃。在本发明中，所述烧结的时间优选为1～5小时，更优选为2～4小时。在本发明中，所述烧结优选在空气氛围下进行，升温至所述烧结的温度的升温速率优选为2～5℃/min。本发明在所述烧结过程中，矿物发生特定矿物晶相向莫来石相的转变，同时含铝添加剂和相转变析出的二氧化硅反应生成莫来石。红柱石、蓝晶石、硅线石向莫来石的转变为：3(Al2O3·SiO2)→3Al2O3·2SiO2+SiO2。
本发明以特定的矿物粉料(红柱石、蓝晶石和硅线石中的一种)作为原料，采用发泡-凝胶注模法，利用原料在高温下的相转变产生的体积膨胀效应来抵消烧结收缩，而且含铝的添加剂在烧结过程中也会发生体积膨胀进一步抵消烧结收缩，此外，加入的含铝添加剂与相转变析出的二氧化硅反应会生成莫来石晶须增强力学性能，进而得到了低收缩莫来石基多孔陶瓷。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的低收缩莫来石基多孔陶瓷，所述低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。
下面结合实施例对本发明提供的低收缩莫来石基多孔陶瓷及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将240克蓝晶石矿物粉料和乙醇进行24小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入100克水、60克氢氧化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的20wt％)和0.3克聚甲基丙烯酸(固体粉料的0.1wt％)再次进行4小时球磨，获得陶瓷浆料；在100克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入15g明胶(固体粉料的5wt％)，放置在50℃水浴锅中加热10分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在50℃下进行搅拌混合，获得预混料；将3克十二烷基苯磺酸钠(固体粉料的1wt％)和3克丙三醇(固体粉料的1wt％)加入到预混料中，在50℃下进行30分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶1小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱80℃处理48小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体以5℃/min的速率升温至1200℃烧结3小时，获得低收缩莫来石基多孔陶瓷。低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为1.5％，孔隙率为84％，抗压强度为10.8MPa。
图1为实施例1制备的多孔陶瓷的SEM图，由图1可知，制备出的多孔陶瓷孔径在0.5～300微米，气孔由三部分组成：一部分是球形的大孔，是由于搅拌发泡引入空气形成的孔；第二部分是孔壁上的如同“窗口”中孔，是由于胶凝剂在烧结过程中挥发形成的孔；第三部分是由颗粒堆积形成的小孔。三种不同的气孔使得多孔陶瓷呈现开孔结构，提高了孔隙率，较厚的孔壁保证了较高的抗压强度，制备出了具有低收缩、高孔隙率、高强度的多孔陶瓷。
实施例2
将255克红柱石矿物粉料进行24小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入110克水、45克氧化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的15wt％)和0.9克柠檬酸铵(固体粉料的0.3wt％)再次进行2小时球磨，获得陶瓷浆料；在90克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入15g明胶(固体粉料的5wt％)，放置在60℃水浴锅中加热10分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在60℃下进行搅拌混合，获得预混料；将9克十二烷基硫酸钠(固体粉料的3wt％)和6克丙三醇(固体粉料的2wt％)加入到预混料中，在60℃下进行20分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶5小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱100℃处理12小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体5℃/min的升温至1300℃烧结2小时，获得低收缩莫来石基多孔陶瓷。低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为5.0％，孔隙率为75％，抗压强度为30MPa。
图2为实施例2制备的多孔陶瓷的SEM图，由图2可知，制备出的多孔陶瓷孔径在0.5～400微米，气孔由三部分组成：一部分是球形的大孔，是由于搅拌发泡引入空气形成的孔；第二部分是孔壁上的如同“窗口”中孔，是由于胶凝剂在烧结过程中挥发形成的孔；第三部分是由颗粒堆积形成的小孔。三种不同的气孔使得多孔陶瓷呈现开孔结构，提高了孔隙率，较厚的孔壁保证了较高的抗压强度，制备出了具有低收缩、较高孔隙率、高强度的多孔陶瓷。
实施例3
将210克硅线石矿物粉料进行48小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入90克水、90克氟化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的30wt％)和1.5克氨基乙醇(固体粉料的0.5wt％)再次进行2小时球磨，获得陶瓷浆料；在110克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入18g明胶(固体粉料的6wt％)，放置在60℃水浴锅中加热20分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在60℃下进行搅拌混合，获得预混料；将3克十二烷基苯磺酸钠(固体粉料的1wt％)和9克聚乙二醇(固体粉料的3wt％)加入到预混料中，在60℃下进行10分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，得到陶瓷湿坯；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶2小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱90℃处理24小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体以2℃/min的速率升温至1350℃烧结2小时，获得低收缩莫来石基多孔陶瓷。低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为0.5％，孔隙率为90％，抗压强度为5.2MPa。
图3为实施例3制备的多孔陶瓷的SEM图，由图3可知，制备出的多孔陶瓷孔径在0.5～300微米，气孔由三部分组成：一部分是球形的大孔，是由于搅拌发泡引入空气形成的孔；第二部分是孔壁上的如同“窗口”中孔，是由于胶凝剂在烧结过程中挥发形成的孔；第三部分是由颗粒堆积形成的小孔。三种不同的气孔使得多孔陶瓷呈现开孔结构，提高了孔隙率，大孔数量较多，孔隙率提高的同时，抗压强度有所降低，但类比一般的同孔隙率的其他多孔陶瓷(孔隙率86～90％，抗压强度为1～2MPa)，抗压强度较高，制备出了具有低收缩、高孔隙率、较高强度的多孔陶瓷。
实施例4
将195克红柱石矿物粉料进行48小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入80克水、105克氯化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的35wt％)和3克柠檬酸铵(固体粉料的1wt％)再次进行4小时球磨，获得陶瓷浆料；在120克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入30克卡拉胶(固体粉料的10wt％)，放置在80℃水浴锅中加热20分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在80℃下进行搅拌混合，获得预混料；将3克脂肪醇醚硫酸钠(固体粉料的1wt％)和15克聚乙二醇(固体粉料的5wt％)加入到预混料中，在80℃下进行10分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶4小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱100℃处理24小时获得干燥陶瓷坯体；将室温干燥后的陶瓷坯体放入100℃的干燥箱中再次进行干燥2小时；干燥后的陶瓷坯体以3℃/min的速率升温至1100℃烧结2小时，获得低收缩莫来石基多孔陶瓷。低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为0％，孔隙率为95％，抗压强度为2MPa。
实施例5
将285克蓝晶石矿物粉料进行48小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入120克水、15克氟化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的5wt％)和3克氨基乙醇(固体粉料的1wt％)再次进行2小时球磨，获得陶瓷浆料；在80克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入15克果胶(固体粉料的5wt％)，放置在80℃水浴锅中加热30分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在80℃下进行搅拌混合，获得预混料；将15克十二烷基硫酸钠(固体粉料的5wt％)和7.5克丙三醇(固体粉料的2.5wt％)加入到预混料中，在80℃下进行20分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，得到陶瓷湿坯；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶3小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱85℃处理36小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体以5℃/min的速率升温至1500℃烧结5小时，获得低收缩莫来石基多孔陶瓷。低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为3.6％，孔隙率为80％，抗压强度为19.5MPa。
对比例1
不使用含铝添加剂：
将300克蓝晶石矿物粉料进行48小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入130克水、3克柠檬酸铵(固体粉料的1wt％)再次进行4小时球磨，获得陶瓷浆料；在70克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入15克明胶(固体粉料的5wt％)，放置在50℃水浴锅中加热30分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在50℃下进行搅拌混合，获得预混料；将3克十二烷基硫酸钠(固体粉料的1wt％)和9克聚乙二醇(固体粉料的3wt％)加入到预混料中，在50℃下进行10分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，得到陶瓷湿坯；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶3小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱100℃处理24小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体以5℃/min的速率升温至1400℃烧结2小时，获得莫来石基多孔陶瓷。莫来石基多孔陶瓷的收缩率为15％，孔隙率为73％，抗压强度为9.6MPa。
对比例2
与实施例1的区别在于，将矿物粉料改为粉煤灰：
将240克粉煤灰和乙醇进行24小时球磨，干燥后获得粒径为2～5μm的预磨料；在预磨料中加入100克水、60克氢氧化铝(与预磨料共同组成固体粉料，占固体粉料的20wt％)和0.3克聚甲基丙烯酸(固体粉料的0.1wt％)再次进行4小时球磨，获得陶瓷浆料；在100克水(保证预混料中固体粉料的含量为60wt％)中加入15g明胶(固体粉料的5wt％)，放置在50℃水浴锅中加热10分钟，配置成胶凝剂溶液；将胶凝剂溶液和陶瓷浆料在50℃下进行搅拌混合，获得预混料；将3克十二烷基苯磺酸钠(固体粉料的1wt％)和3克丙三醇(固体粉料的1wt％)加入到预混料中，在50℃下进行30分钟的搅拌发泡；将发泡后的浆料倒入模具中，在室温下进行凝胶1小时并脱模获得陶瓷坯体；在干燥箱80℃处理48小时获得干燥陶瓷坯体；干燥后的陶瓷坯体在1200℃，升温速率为5℃/min进行烧结3小时，获得莫来石基多孔陶瓷。莫来石基多孔陶瓷的收缩率为23.4％，孔隙率为72％，抗压强度为8.3MPa。
由以上实施例可知，本发明制备的多孔陶瓷收缩率低，仅为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。由实施例和对比例1的结果可知，添加含铝添加剂能够在相转变产生的体积膨胀效应抵消烧结收缩的基础上进一步降低收缩率，制备出低收缩、高孔隙率、高强度多孔陶瓷；由实施例1和对比例2的结果可知，当采用本发明以外的其他矿物时，得到的多孔陶瓷收缩率高，说明本发明采用特定种类的矿物材料在高温下的相转变产生的体积膨胀效应可以抵消烧结收缩。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低收缩莫来石基多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将矿物粉料、水、含铝添加剂和分散剂进行混合球磨，得到陶瓷浆料；所述矿物粉料为红柱石、蓝晶石或硅线石；
将所述陶瓷浆料和胶凝剂溶液混合，得到预混料；
将所述预混料和发泡剂、增塑剂混合，进行发泡，得到发泡浆料；
将所述发泡浆料倒入模具中，进行凝胶，脱模后得到陶瓷坯体；
将所述陶瓷坯体依次进行干燥和烧结，得到低收缩莫来石基多孔陶瓷；所述烧结的温度为1100～1500℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述含铝添加剂为氧化铝、氯化铝、氟化铝或氢氧化铝；所述含铝添加剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～40％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚甲基丙烯酸、氨基乙醇或柠檬酸铵，所述分散剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的0.1～1％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述胶凝剂溶液中的胶凝剂为卡拉胶、果胶、明胶或卡德兰胶；所述胶凝剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的5～10％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡剂为脂肪醇醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠或十二烷基苯磺酸钠；所述发泡剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述增塑剂为聚乙二醇或丙三醇；所述增塑剂的质量为含铝添加剂和矿物粉料总质量的1～5％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预混料中矿物粉料和含铝添加剂的总质量含量为55～65％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的时间为1～5小时。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述发泡的温度为30～80℃，时间为10～30分钟。
10.权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的低收缩莫来石基多孔陶瓷，其特征在于，所述低收缩莫来石基多孔陶瓷的收缩率为0～5％，孔隙率为75～95％，抗压强度为2～30MPa。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116003159A (zh) * 2022-12-15 2023-04-25 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011884A (zh) * 2013-01-07 2013-04-03 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种刚玉莫来石轻质隔热材料的制备方法
CN103145444A (zh) * 2013-03-28 2013-06-12 中国科学技术大学 一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法
CN104496520A (zh) * 2014-11-28 2015-04-08 中国科学技术大学先进技术研究院 一种低成本轻质莫来石基保温隔热材料及其制备方法
CN108285358A (zh) * 2017-12-15 2018-07-17 景德镇陶瓷大学 多孔陶瓷的膨胀料增孔方法
CN114394817A (zh) * 2021-11-30 2022-04-26 广东清远蒙娜丽莎建陶有限公司 一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103011884A (zh) * 2013-01-07 2013-04-03 中钢集团洛阳耐火材料研究院有限公司 一种刚玉莫来石轻质隔热材料的制备方法
CN103145444A (zh) * 2013-03-28 2013-06-12 中国科学技术大学 一种低成本保温隔热轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法
CN104496520A (zh) * 2014-11-28 2015-04-08 中国科学技术大学先进技术研究院 一种低成本轻质莫来石基保温隔热材料及其制备方法
CN108285358A (zh) * 2017-12-15 2018-07-17 景德镇陶瓷大学 多孔陶瓷的膨胀料增孔方法
CN114394817A (zh) * 2021-11-30 2022-04-26 广东清远蒙娜丽莎建陶有限公司 一种低收缩率瓷质砖坯料及使用其制备的瓷质砖

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
尹汝珊等: "《耐火材料技术问答》", 28 February 1994, 冶金工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116003159A (zh) * 2022-12-15 2023-04-25 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用
CN116003159B (zh) * 2022-12-15 2024-03-12 西北工业大学 一种莫来石-氧化锆多孔陶瓷及其制备方法和应用

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