CN115299630B - 一种电子烟用多孔陶瓷及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子烟用多孔陶瓷及其制备方法。该电子烟用多孔陶瓷包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为60‑92％，孔径为60‑160μm；所述功能层的气孔率为40‑60％，孔径为30‑50μm；其制备方法包括以下步骤：由第一基体原料或第二基体原料制备陶瓷基体坯体；将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体；将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷。本发明的电子烟用多孔陶瓷，气孔率高，可快速吸油而不漏油，可以快速传热，更加真实地还原电子烟的口感。
Description
技术领域
本发明属于多孔陶瓷领域，具体地涉及一种电子烟用多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术
电子烟雾化器是由多孔陶瓷基体和其表面发热元件组成，是重要的烟油通道及烟雾产生部件，需要保证使用过程中的烟油通畅、不泄露、还要有足量的烟雾产生。然而，目前市场上用于电子烟雾化器的多孔陶瓷材料多选择硅藻土、氧化铝、堇青石、刚玉等材质，其材料气孔率多在30-40％之间，气孔率低，由于材质选择、孔径设计不合理等因素，吸油速度慢，烟油还原度较差，漏油等问题出现，影响了电子烟质量及客户使用感受。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种电子烟用多孔陶瓷及其制备方法。该电子烟用多孔陶瓷，气孔率高、孔径合理，可以快速吸油而不漏油。
本发明提供的一种电子烟用多孔陶瓷，包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为60-92％，孔径为60-160μm；所述功能层的气孔率为40-60％，孔径为30-50μm。
本发明还提供了一种电子烟用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：由第一基体原料或第二基体原料制备陶瓷基体坯体；将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体；将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷；其中，所述第一基体原料包括重量比为(70-85)∶(5-15)∶(10-15)∶(4-6)的陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂，所述陶瓷骨料的粒径为80-160目，所述陶瓷骨料与所述造孔剂的粒径比为1∶(0.6-0.8)；所述第二基体原料包括重量比为(90-99)∶(1-5)∶(6-20)的陶瓷纤维、烧结助剂和造孔剂，所述陶瓷纤维的长度为0.2-0.5mm，直径为5-7μm。
优选的，所述第一基体原料中：陶瓷骨料为刚玉、碳化硅、堇青石、莫来石中的一种或多种；烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；造孔剂的形状为球形，所述造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；粘结剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠的一种或多种。
优选的，由第一基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂混合均匀，经模压成型，得到陶瓷基体坯体。
优选的，所述第二基体原料中：陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维；烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；所述造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；还包括液态石蜡和油酸。
优选的，由第二基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷纤维、烧结助剂、造孔剂混合，经干法分散，得到陶瓷粉料；将所述陶瓷粉料加入液态石蜡中，搅拌，得到陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料和油酸混合均匀，并进行抽真空处理，得到陶瓷喂料；将所述陶瓷喂料，经热压铸成型，得到陶瓷基体坯体。
优选的，所述功能层浆料包括重量比为(60-90)∶(10-30)∶(5-15)∶(0.2-1)的氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂。
优选的，所述功能层浆料中：氧化铝的D50粒径为20μm，碳化硅的D50粒径为30μm，烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；调节剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。
优选的，将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷时，烧结温度为600-800℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的电子烟用多孔陶瓷，气孔率高，孔径合理，可以实现烟油的快速吸附与供给，不漏油，压缩强度＞50MPa，可以更好地还原电子烟口感。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的陶瓷基体微观结构示意图；
图2为本发明实施例2制备的陶瓷基体的微观结构示意图；
图3为烟油在不同多孔材料中的通道对比示意图；
图4为本发明实施例1中陶瓷骨料和造孔剂的单层堆积模型；
图5为本发明实施例1中陶瓷骨料和造孔剂的多层堆积模型。
具体实施方式
下面将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作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。
本发明提供一种电子烟用多孔陶瓷，包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为60-92％，孔径为60-160μm；所述功能层的气孔率为40-60％，孔径为30-50μm。
本发明还提供一种上述电子烟用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)由第一基体原料或第二基体原料制备陶瓷基体坯体。
其中，所述第一基体原料包括重量比为(70-85)∶(5-15)∶(10-15)∶(4-6)的陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂，所述陶瓷骨料的粒径为80-160目，所述陶瓷骨料与所述造孔剂的粒径比为1∶(0.6-0.8)。所述第一基体原料中：陶瓷骨料为刚玉、碳化硅、堇青石、莫来石中的一种或多种；烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；造孔剂的形状为球形，所述造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；粘结剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠的一种或多种。由第一基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂按上述配比混合均匀，经模压成型，得到陶瓷基体坯体。
所述第二基体原料包括重量比为(90-99)∶(1-5)∶(6-20)的陶瓷纤维、烧结助剂和造孔剂，所述陶瓷纤维的长度为0.2-0.5mm，直径为5-7μm。所述第二基体原料中：陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维；烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；所述造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；还包括液态石蜡和油酸，所述陶瓷纤维与油酸的重量比为100∶(0.5-1)。由第二基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷纤维、烧结助剂、造孔剂按上述配比混合，经干法分散，得到陶瓷粉料；将所述陶瓷粉料加入液态石蜡中，搅拌，得到陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料和油酸混合均匀，并进行抽真空处理，得到陶瓷喂料；将所述陶瓷喂料，经热压铸成型，得到陶瓷基体坯体。
(2)将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体。其中，所述功能层浆料包括重量比为(60-90)∶(10-30)∶(5-15)∶(0.2-1)的氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂。所述功能层浆料中：氧化铝的D50粒径为20μm，碳化硅的D50粒径为30μm，烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；调节剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体，具体为：将氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂按上述配比混合均匀，通过喷涂、涂覆、浸渍中任意一种工艺将其涂至陶瓷基体坯体上，厚度为50-100μm，干燥，即得复合陶瓷坯体。
(3)将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷，烧结温度为600-800℃。
实施例1
本实施例提供一种电子烟用多孔陶瓷，包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为60-70％，孔径为60-100μm；所述功能层的气孔率为40-60％，孔径为30-50μm。
本实施例还提供一种上述电子烟用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)由第一基体原料制备陶瓷基体坯体。
其中，所述第一基体原料包括重量比为(70-85)∶(5-15)∶(10-15)∶(4-6)的陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂，所述陶瓷骨料的粒径为80-160目，所述陶瓷骨料与所述造孔剂的粒径比为1∶(0.6-0.8)，造孔剂优选为120-200目。所述第一基体原料中：陶瓷骨料为刚玉、碳化硅、堇青石、莫来石中的一种或多种；烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；造孔剂的形状为球形，所述造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；粘结剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。
具体包括以下步骤：将陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂按上述比例投入逆流式混料机，混料1.5h将其混合均匀，经模压成型，得到陶瓷基体坯体。
(2)将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体。
其中，所述功能层浆料包括重量比为(60-90)∶(10-30)∶(5-15)∶(0.2-1)的氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂。所述功能层浆料中：氧化铝的D50粒径为20μm，碳化硅的D50粒径为30μm，烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；调节剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。
具体为：将氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂按上述配比混合均匀，通过喷涂、涂覆、浸渍中任意一种工艺将其涂至陶瓷基体坯体上，厚度为50-100μm，干燥，即得复合陶瓷坯体。
(3)将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷，烧结温度为600-800℃。
本实施例的刚玉为市售的棕刚玉砂，纯度≥95％；碳化硅为市售的黑碳化硅砂，纯度≥96％；堇青石为市售的堇青石砂，纯度≥95％。
电子烟雾化器烟油的供给是由烟油与多孔陶瓷材料之间的毛细现象来提供的。根据毛细现象公式h＝2αcosθ/ρgr，其中:α为液体表面张力系数、θ为烟油与陶瓷材料的接触角、ρ为液体密度、g为重力加速度、r为毛细管半径。可以看出烟油上升的高度h与多孔陶瓷材料的孔径成反比，理论上将孔越细，烟油上升的高度越高；但是实际生产过程中，由于陶瓷材料的孔径通道是由陶瓷骨料颗粒间的缝隙来提供，毛细现象的通道是“S”形通道，如果孔径越细，意味着陶瓷骨料也越细，这样一定通道距离上，孔的拐弯越多，反成毛细现象(吸油)的阻力，如图3所示，A比B中烟油拐弯更多。
本实施例通过对陶瓷骨料和造孔剂的粒径与形貌进行控制，并采用模压成型，使得骨料颗粒尽可能的进行体心堆积(如图4和5所示，分别为陶瓷骨料和造孔剂的单层堆积模型和多层堆积模型)，使得骨料成立一种气孔率和强度达到最高的三维骨架网络，以便得到合适、合理的孔径实现烟油快速吸附与供给。
实施例2
本实施例提供一种电子烟用多孔陶瓷，包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为80-92％，孔径为60-160μm；所述功能层的气孔率为40-60％，孔径为30-50μm。
本实施例还提供一种上述电子烟用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
(1)由第一基体原料或第二基体原料制备陶瓷基体坯体。
其中，所述第二基体原料包括重量比为(90-99)∶(1-5)∶(6-20)的陶瓷纤维、烧结助剂和造孔剂，所述陶瓷纤维的长度为0.2-0.5mm，直径为5-7μm。所述第二基体原料中：陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维；烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；还包括液态石蜡和油酸，所述陶瓷纤维与油酸的重量比为100∶(0.5-1)。
具体包括以下步骤：
①将陶瓷纤维、烧结助剂、造孔剂按上述配比混合，放入V形分散机中进行干法分散，得到陶瓷粉料；
②将石蜡加入到90℃的可加热混料机中进行融化，石蜡完全熔化得到液态石蜡；
③将①中得到的陶瓷粉料加入②中得到的液态石蜡中，搅拌，得到陶瓷浆料；其中，陶瓷粉料与液态石蜡的重量比为(70-88)∶(12-30)；
④向③中得到的陶瓷浆料中加入油酸，充分混合均匀，并进行抽真空处理，得到陶瓷喂料；其中，陶瓷浆料与油酸的重量比为100∶(0.5-1)；
⑤将所述陶瓷喂料注入热压铸成型机内，加热，在压缩空气的作用下注入模具中，冷却成型，脱模，即得陶瓷基体坯体。
(2)将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体。
其中，所述功能层浆料包括重量比为(60-90)∶(10-30)∶(5-15)∶(0.2-1)的氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂。所述功能层浆料中：氧化铝的D50粒径为20μm，碳化硅的D50粒径为30μm，烧结助剂为烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；调节剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。
具体为：将氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂按上述配比混合均匀，通过喷涂、涂覆、浸渍中任意一种工艺将其涂至陶瓷基体坯体上，厚度为50-100μm，干燥即得复合陶瓷坯体。
(3)将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷，烧结温度为600-800℃。
本实施例所用的陶瓷纤维均为市售的长度≥3mm、直径5-7μm、纯度≥99％的陶瓷纤维短切得到。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (5)
1.一种电子烟用多孔陶瓷，其特征在于，包括陶瓷基体和位于所述陶瓷基体表面的功能层，所述陶瓷基体的气孔率为60-92%，孔径为60-160μm；所述功能层的气孔率为40-60%，孔径为30-50μm；
所述的电子烟用多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：由第一基体原料或第二基体原料制备陶瓷基体坯体；将功能层浆料涂至陶瓷基体坯体上，得到复合陶瓷坯体；将复合陶瓷坯体烧结即可得到多孔陶瓷；
其中，所述第一基体原料包括重量比为(70-85)∶(5-15)∶(10-15)∶(4-6)的陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂，所述陶瓷骨料的粒径为80-160目，所述陶瓷骨料与所述造孔剂的粒径比为1∶(0.6-0.8)；由第一基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷骨料、烧结助剂、造孔剂和粘结剂混合均匀，经模压成型，得到陶瓷基体坯体；
所述第二基体原料包括重量比为(90-99)∶(1-5)∶(6-20)的陶瓷纤维、烧结助剂和造孔剂，所述陶瓷纤维的长度为0.2-0.5mm，直径为5-7μm；所述第二基体原料中还包括液态石蜡和油酸；由第二基体原料制备陶瓷基体坯体，包括以下步骤：将陶瓷纤维、烧结助剂、造孔剂混合，经干法分散，得到陶瓷粉料；将所述陶瓷粉料加入液态石蜡中，搅拌，得到陶瓷浆料；将所述陶瓷浆料和油酸混合均匀，并进行抽真空处理，得到陶瓷喂料；将所述陶瓷喂料，经热压铸成型，得到陶瓷基体坯体；
所述功能层浆料包括重量比为(60-90)∶(10-30)∶(5-15)∶(0.2-1)的氧化铝、碳化硅、烧结助剂和调节剂；调节剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的电子烟用多孔陶瓷，其特征在于，所述第一基体原料中：陶瓷骨料为刚玉、碳化硅、堇青石、莫来石中的一种或多种；
烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；
造孔剂的形状为球形，造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种；
粘结剂为三聚磷酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的电子烟用多孔陶瓷，其特征在于，所述第二基体原料中：陶瓷纤维为氧化铝纤维和/或莫来石纤维；
烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土；
造孔剂为PMMA、碳粉、核桃粉、淀粉中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的电子烟用多孔陶瓷，其特征在于，所述功能层浆料中：氧化铝的D50粒径为20μm，
碳化硅的D50粒径为30μm，
烧结助剂为重量比为(60-70)∶(10-15)∶(12-15)∶(1-5)∶(0.5-2.5)∶(10-20)∶(10-20)∶(1-3)的二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化钾、氧化钠、氧化硼、高岭土。
5.根据权利要求1所述的电子烟用多孔陶瓷，其特征在于，烧结温度为600-800℃。
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