[發明專利]多孔陶瓷基體

有效

• 申請號: 201180032029.2
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN103003220A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 洪亮;陳鑫煒
• 申請（專利權）人: 新加坡國立大學
• 主分類號: C04B38/00
• 分類號: C04B38/00;C04B38/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

背景技術

多孔陶瓷基體由于其在嚴苛環境如高溫、氧化還原氣氛和腐蝕性液體中的熱穩定性和化學穩定性以及其機械可靠性和耐用性而在多種工業應用(例如，催化載體和水處理)中大受歡迎。

已經開發了很多技術來制備多孔陶瓷基體。參見Chevalier，J.Pharm.Sci.，97(3)，1135-1154，2008。其中，鑒于聚合物造孔填料的低成本和易于通過熱分解去除，在陶瓷處理中使用聚合物造孔填料依然是很受歡迎的選擇。但是，聚合物填料的自成卷和團聚趨勢可能導致由該方法制備的多孔陶瓷基體的滲透率低，這是因為聚合物填料可能無法形成連續相。這樣的問題可通過增加聚合物填料的裝載來解決，但是這以陶瓷基體的機械性能為代價。

需要制備具有期望滲透率和機械性能的多孔陶瓷基體。

發明內容

本發明的一個方面涉及一種多孔陶瓷基體。

本發明的陶瓷基體包含：多個彼此粘附的陶瓷顆粒、和多個由相鄰陶瓷顆粒的表面限定的通道，所述通道各自的直徑為0.5-2.5μm。基體的特征為：25.0-40.0％的孔隙率、1.57-34.8×10^-14m²(例如，20-34.8x?10^-14m²)的達西滲透率和25-64MPa(例如，40-60MPa)的機械強度。任選地，通道包括狹窄段，每一個所述狹窄段的直徑都小于100nm。

陶瓷顆粒可以由以下制成：氧化釔、氧化鋯、氧化鋁、鋁硅酸鹽、二氧化硅、二氧化鈰、釓摻雜的二氧化鈰、氧化鎂、鎳摻雜的氧化鎂、氧化鋅、氮化硼、碳化硅、氮化硅、氧化釔穩定的氧化鋯、氧化鑭、堿土金屬摻雜的氧化鑭，或它們的組合。

本發明的另一個方面涉及一種制備多孔陶瓷基體的方法。

所述方法包括以下步驟：(1)提供包含催化劑、粘合劑和涂布有單體的陶瓷顆粒的陶瓷丸粒；(2)通過加熱使單體以固態聚合以形成嵌入陶瓷丸粒中的聚合物；(3)在一定溫度(例如，300-1000℃)下使聚合物、催化劑和粘合劑碳化以形成多孔陶瓷丸粒；(4)在一定溫度(例如，1000-1700℃)下燒結多孔陶瓷丸粒以形成多孔陶瓷基體。單體按重量計為陶瓷顆粒的1-10％、催化劑按重量計為1-5％、粘合劑按重量計為1-20％。

單體的實例包括但不限于：丙烯酰胺、對苯二甲酸、對苯二胺、對羥基苯甲酸、4，4′-氧雙鄰苯二甲酸酐、4，4’-二氨基二苯醚、3，3’-二氨基聯苯胺、4，6-二氨基-1，3-苯-二酚二鹽酸鹽、2，5-二氨基-1，4-苯二硫醇二鹽酸鹽、3，3’-二氨基聯苯胺，或它們的組合。

聚合步驟中使用的催化劑可以是任何適于固態熱聚合的催化劑。其包括但不限于：(1)用于自由基聚合的引發劑(例如，過硫酸銨、過氧化苯甲酰及其組合)，和(2)用于逐步聚合的基于路易斯酸的催化劑(例如，氯化鋰、氯化鈹、氫氟酸、三氟化硼、氯化鋁及其組合)。

粘合劑的實例包括但不限于：聚乙烯縮丁醛、聚乙烯醇、聚環氧乙烷、丙烯酸類聚合物、纖維素衍生物(例如纖維素醚、甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥乙基纖維素)，或它們的組合。

具有剛性鏈結構的聚合物在本發明中是優選的。聚合物的實例包括但不限于聚丙烯酰胺、聚對苯二甲酰對苯二胺、聚對羥基苯甲酸酯、聚酯、聚酰亞胺、聚苯并咪唑、聚苯并唑、聚苯并噻唑、芳香族梯形聚合物，或它們的組合。優選聚合物的平均聚合度為5至100。

通過上述方法制備的多孔陶瓷基體也在本發明的范圍內。

以下描述中給出了本發明的一個或更多個實施例的細節。從實施例的詳細描述以及從所附權利要求中，本發明的其他特征、目的和優點將很明顯。

發明詳述

本發明部分基于以下出人意料的發現：新制備方法產生了具有極好的滲透性和可靠的機械性能的多孔陶瓷基體。

多孔陶瓷基體包括：(1)多個彼此粘附的陶瓷顆粒，和(2)多個廣泛互連的通道。通道由相鄰陶瓷顆粒的表面限定。在一個實施方案中，全部或顯著數目的通道包括一個或更多個狹窄段(即，喉狀孔)，其每一個的直徑均小于100nm。這種獨特的通道結構導致當被壓力驅使的稀聚合物溶液通過陶瓷基體時，陶瓷基體引起剪切稀化效應的不尋常的能力。上述喉狀孔有助于拉伸溶劑化的聚合物分子，使得流料的粘性降低。

以下是制備本發明的多孔陶瓷基體的示例性工序，其中陶瓷顆粒由氧化釔穩定的氧化鋯(YSZ)制成。