[發(fā)明專利]仿生梯度多孔陶瓷材料的制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201310046286.2 | 申請日： | 2013-02-05 |
| 公開（公告）號： | CN103145438A | 公開（公告）日： | 2013-06-12 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 湯玉斐;趙康;胡龍;劉瑩 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安理工大學 |
| 主分類號： | C04B38/00 | 分類號： | C04B38/00;C04B35/622;C04B35/447;C04B35/10;C04B35/48;C04B35/46 |
| 代理公司： | 西安弘理專利事務(wù)所 61214 | 代理人： | 李娜 |
| 地址： | 710048*** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 仿生 梯度 多孔 陶瓷材料 制備 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種仿生梯度多孔陶瓷材料的制備方法。
背景技術(shù)
多孔陶瓷是一種含有較多孔洞的無機非金屬材料，利用材料中的孔洞結(jié)構(gòu)和（或）表面積，結(jié)合材料本身的性質(zhì)來達到所需要的熱、電、磁、光等物理及化學性能，從而作為過濾、分離、分散、滲透、隔熱、換熱、吸聲、隔音、吸附載體、反應(yīng)傳感及生物等用途的材料。基于以上這些特性，多孔陶瓷的應(yīng)用已從傳統(tǒng)的過濾、熱工等逐漸擴展到電子、光電、生物化學及醫(yī)用材料領(lǐng)域，但是由于陶瓷材料的脆性較大，導致多孔陶瓷的力學性能（例如壓縮強度等）較差，成為其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸之一，所以研制具有較高力學性能的多孔陶瓷成為目前亟待解決的問題之一。
近年來有研究者發(fā)現(xiàn)，自然界動植物的承重部位，如動物的脛骨和植物的莖等，具有一種“內(nèi)疏外密”的梯度結(jié)構(gòu)：外層孔隙率較低，具有較好的抗壓性，起到保護和支撐作用；內(nèi)層孔隙率較高，具備多孔陶瓷的功能性，這種仿生梯度結(jié)構(gòu)使得多孔陶瓷在保證了功能性（如過濾、分離、分散、滲透、隔熱等）的同時具有較高的力學性能，所以梯度多孔陶瓷的制備成為研究熱點之一。
中國專利《一種孔梯度碳化硅多孔陶瓷及其制備方法》（申請?zhí)枺?01110252396.5，公開號：102417366A，公開日：2012-04-18）公開了一種一種孔梯度碳化硅多孔陶瓷及其制備技術(shù)，以聚碳硅烷和碳化硅粉體為原料，碳粉為造孔劑，通過干壓成型和燒結(jié)工藝制備梯度多孔陶瓷，其梯度結(jié)構(gòu)主要依賴于碳粉的直徑和添加量，孔的連通性主要依賴于聚碳硅烷的裂解，適用范圍較窄。中國專利《一種以冰為模板制備氧化鋯梯度多孔陶瓷的方法》（申請?zhí)枺?01110264529.0，公開號：102424603A，公開日：2012-04-25）公開了一種以冰為模板制備氧化鋯梯度多孔陶瓷的方法，以冰為成孔模板，經(jīng)真空冷凍干燥和燒結(jié)工藝得到氧化鋯多孔陶瓷。梯度孔結(jié)構(gòu)主要沿著冷凍方向變化，但是其抗壓強度僅為8MPa，不能滿足實際需要。Faming?Zhang等發(fā)表的論文《Bioinspired?structure?of?bioceramics?for?bone?regeneration?in?load-bearing?sites》（《用于承重部位骨再生修復的仿生結(jié)構(gòu)生物陶瓷》），選自《Acta?Biomaterialia》（《生物材料雜志》）2007年第3卷第896-904頁，采用高分子微球為造孔劑，注入成型制備內(nèi)層孔隙率較高、外層密實的多孔生物陶瓷，但是其梯度變化范圍較窄，同時內(nèi)外層處孔隙率呈階梯式變化，具有較大的殘余應(yīng)力。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種仿生梯度多孔陶瓷材料的制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)制備的梯度多孔陶瓷的梯度范圍窄和抗壓強度小的問題。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，仿生梯度多孔陶瓷材料的制備方法，將陶瓷漿料經(jīng)過冷凍后進行真空冷凍干燥，最后經(jīng)過燒結(jié)，即得到仿生梯度多孔陶瓷材料。
本發(fā)明的特點還在于，
具體按照以下步驟實施：
步驟1，配制陶瓷漿料
在溶劑中依次加入分散劑和陶瓷顆粒，混合得到陶瓷漿料，共配制n≥2組陶瓷漿料，標記為T1，T2，T3，…，Tn-1，Tn，其中第n組漿料中溶劑的體積比要小于第n-1組漿料中溶劑的體積比；
步驟2，冷凍
冷凍采用多次冷凍，冷凍次數(shù)與仿生梯度多孔陶瓷材料的層數(shù)相同，冷凍采用冷凍模具冷凍，冷凍模具的側(cè)壁為管狀保溫材料，底面為導熱金屬，冷凍模具共n≥2組，分別標記為M1，M2，M3，…，Mn-1，Mn，其中冷凍模具Mn的內(nèi)直徑要大于冷凍模具Mn-1的內(nèi)直徑；每次冷凍后獲得的凍結(jié)體分別標記為F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3，…，F(xiàn)n-1，F(xiàn)n；
冷凍的具體步驟如下：
第1次冷凍：將陶瓷漿料T1注入冷凍模具M1中，然后將冷凍模具M1放置在冷源上定向冷凍，得到由已凍結(jié)的陶瓷漿料T1組成的圓柱狀凍結(jié)體F1；
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