[發明專利]多級孔道結構的陶瓷材料及其制造方法

有效

• 申請號: 200910136373.0
• 申請日: 2009-05-12
• 公開（公告）號: CN101885620A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 程麗
• 申請（專利權）人: 程麗
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B33/00;C04B33/132;B09B3/00
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技術領域

本發明涉及一種多孔陶瓷材料及其制造方法，特別是涉及一種利用廢棄物為主原料制造的具有多級孔道結構的陶瓷材料及其制造方法。

背景技術

多孔陶瓷，顧名思義就是含有大量氣孔的陶瓷材料。一般來說，氣孔在多孔陶瓷材料中所占的體積分數在20％到95％之間。多孔陶瓷由于其獨特的多孔結構而具有熱傳導率低、體積密度小、比表面積高，以及具有獨特物理及化學性能的表面結構等特點，加之陶瓷材料本身特有的耐高溫，化學穩定性好，強度高等特點，已被廣泛應用于環保、節能、化工、石油、冶煉、食品、制藥、生物醫學等領域。

目前制備多孔陶瓷的方法主要有以下幾種：

(1)固態燒結法：利用陶瓷材料在固態燒結過程中粉料顆粒之間的孔隙由大到小，由多到少的變化過程，通過控制粉料的粒徑大小、燒結溫度和燒結時間來得到氣孔率和氣孔大小不同的陶瓷材料的方法。這種方法可以相對簡單地制備多孔陶瓷，但是使用這種方法制備多孔陶瓷時，氣孔的大小和數量比較難控制，而且難得到尺寸比較大的氣孔。

(2)添加造孔劑法：通過在陶瓷粉料中添加造孔劑，利用這些造孔劑在高溫下燃盡或揮發從而在陶瓷中留下孔隙。這種方法能制得形狀復雜、氣孔結構各異的多孔制品，但是氣孔率不是很高。

(3)發泡法：通過向陶瓷粉料中添加有機或無機化學物質，在加熱處理時形成揮發性氣體，從而產生泡沫，經干燥和燒結后制得多孔陶瓷。這種方法可以相對容易地制備出一定形狀、組成和密度的多孔陶瓷，而且還可以產生小孔徑的閉口氣孔。

(4)有機泡沫浸漬法：利用可燃盡的多孔載體，一般為彈性泡沫塑料，吸附陶瓷料漿，然后在高溫下燒盡載體材料而形成孔隙結構。這種方法制備出的陶瓷氣孔分布均勻、工藝過程相對簡單，適合工業化生產，但是這種方法制備出的多孔陶瓷材料受泡沫塑料的強度和彈性的影響相對較大。

(5)溶膠-凝膠法：主要用來制備微孔陶瓷材料，特別是微孔陶瓷薄膜，例如羥基磷灰石薄膜等。

使用上述的多孔陶瓷的制備方法一般可以制備出擁有一定體積含量的封閉性氣孔或者連通性氣孔的多孔陶瓷材料，但是這些氣孔的尺寸一般都是同一數量級的，也就是說很難在同一材料中同時獲得兩種或者兩種以上不同尺寸級別的氣孔。這使得多孔陶瓷材料在某些場合中的使用受到一定的限制。例如，多孔陶瓷作為吸水材料和保水材材料使用時，要求它必須具有大量的小孔徑(幾微米到幾十微米之間)的連通性氣孔，只有這樣才能發揮氣孔之間的毛細管的作用，保持優異的吸水性能和保水性能。但是要保證材料內部具有均勻的小孔徑的氣孔，就要把材料的燒結到相對致密的狀態，使得這類的多孔陶瓷的比重一般比較大(視比重＞1)。還有一類輕質多孔陶瓷，比重相對較小(視比重＜1)，但是氣孔的孔徑一般都在1毫米以上，因而導致吸收的水分很容易通過細孔流走。這樣的材料雖然有較好的透水性能，但是不具備良好的吸水和保水性能。因此，制備出一種既具備良好的吸水和保水性能，而且當材料自身吸水達到飽和后還能保持良好的透水性能的輕質多孔陶瓷材料是本發明要解決的技術問題。

另一方面，隨著我國經濟的不斷發展，工業和生活廢棄物的排放量也在不斷地增加，加上我國廢棄物掩埋土地的不斷減少，廢棄物的處理開始給國家和企業帶來越來越大的負擔。并且，這些廢棄物如果不經過適當的處理而隨意排放，還會對我們的生活環境帶來十分惡劣的影響。因此，怎樣合理再利用這類廢棄物，怎樣“變廢為寶”，是本發明要解決的另一個技術問題。

發明內容

本發明的目的之一在于提供一種利用廢棄物作為主要原料制備的具有多級孔道結構的陶瓷材料，即同時包含兩種以上不同孔徑級別氣孔的多孔陶瓷材料。

為達上述目的，本發明提供了一種的具有多級孔道結構的陶瓷材料，其特征是，

它具有大量的毫米級別的大氣孔，在這些大氣孔的孔壁上存在數十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同時還存在比數微米更小的微孔，這使得它同時具有不同尺寸級別的孔道結構，而且這些孔道之間是相互連通的。

其中，所述的多級孔道結構的陶瓷材料，它的原料包括：由質量比為10-50％的高溫可發生膨脹或者燒失大、易分解揮發的廢棄物，20-60％的天然多孔礦物，配合10-30％的粘土燒結而成。

其中，所述的廢棄物可以是金屬冶煉過程中生成的爐渣的一種或者多種，例如水淬爐渣、轉爐爐渣和電爐爐渣；也可以是都市垃圾及下水污泥在焚燒熔融后殘留的玻璃質的殘渣；燒失大、易分解揮發的廢棄物可以是食品或者造紙廠等產生的有機質污泥、木質廢棄物或類似物的炭化灰，也可以是具有碳酸鹽成分的天然貝殼的廢棄物。