[發(fā)明專利]一種采用陶瓷空心球制備多孔陶瓷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310430728.3
• 申請日: 2013-09-18
• 公開（公告）號: CN103496999A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊金龍;吳甲民;張笑妍;齊飛;蘇振國
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);河北勇龍邦大新材料有限公司
• 主分類號: C04B38/08
• 分類號: C04B38/08;C04B35/622
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用陶瓷空心球制備多孔陶瓷的方法，屬于無機非金屬材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

多孔陶瓷是一種含有較多孔洞的新型無機非金屬材料，已成為當(dāng)前材料科學(xué)中發(fā)展較為迅速的一種材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。在目前國內(nèi)外報道的諸多制備多孔陶瓷的方法中，添加造孔劑法具有工藝簡單、制備成本低以及相對容易實現(xiàn)等優(yōu)點，是目前制備多孔陶瓷的一個重要方法。一般情況下，采用添加造孔劑法制備多孔陶瓷時，由于造孔劑的密度一般小于陶瓷原料的密度，而且其粒度大小往往不同，因此導(dǎo)致造孔劑在坯體中不能均勻分布，從而使多孔陶瓷中的氣孔分布不均勻。研究發(fā)現(xiàn)，通過加入碳粉、淀粉和聚乙烯醇等造孔劑結(jié)合凝膠注模工藝制備的多孔陶瓷都不理想。因此，選擇合適的造孔劑對制備高性能的多孔陶瓷至關(guān)重要。

陶瓷空心球是一種空心無機非金屬球體材料，在航空航天、機械、化學(xué)及軍事等多個領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用。陶瓷空心球尺寸穩(wěn)定，抗沖擊能力強。在陶瓷材料中引入陶瓷空心球，不但可以提高其氣孔率，而且可以改善其力學(xué)性能。同時，陶瓷空心球本身已經(jīng)具有氣孔，不需要傳統(tǒng)添加造孔劑法中的造孔劑的燒除工藝，可以有效避免缺陷的產(chǎn)生和雜質(zhì)的引入。通過對陶瓷空心球的孔徑進行控制，也可以有效調(diào)控制備出的多孔陶瓷的氣孔大小。另外，通過對陶瓷空心球的配方以及調(diào)控多種陶瓷空心球的加入量和加入比例，還可以對制備的多孔陶瓷的綜合性能進行有效調(diào)控。因此，若將陶瓷空心球作為造孔劑，采用凝膠注模工藝制備新型的多孔陶瓷材料，則有望獲得綜合性能良好的新型多孔陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前傳統(tǒng)的添加造孔劑法制備多孔陶瓷存在的諸多問題，本發(fā)明提出一種制備多孔陶瓷的新方法。

一種采用陶瓷空心球制備多孔陶瓷的方法，對陶瓷空心球進行預(yù)燒，然后制備低粘度的陶瓷漿料并除氣，再將預(yù)燒后的陶瓷空心球加入到制備好的陶瓷漿料中，攪拌均勻后再次除氣，隨后加入四甲基乙二胺和過硫酸銨水溶液，攪拌均勻后注模，然后將注入漿料的模具放入烘箱加熱，待漿料完全固化后脫模，經(jīng)過干燥、排膠、燒結(jié)，最后制備出多孔陶瓷。

所述陶瓷空心球的材料為氧化物或氮化物中的一種或一種以上；其結(jié)構(gòu)為內(nèi)部完全空心或者具有球形微孔；陶瓷空心球的預(yù)燒溫度與陶瓷空心球的材料體系有關(guān)，預(yù)燒后的陶瓷空心球具有機械強度和燒結(jié)活性。

所述陶瓷空心球的粒徑為10-1000μm。

所述制備低粘度的陶瓷漿料并除氣的工藝過程為：在溶劑中加入丙烯酰胺和亞甲基雙丙烯酰胺，混合均勻后再加入聚丙烯酸銨，再次混合均勻，加入濃氨水，調(diào)節(jié)混合溶液的pH值為8-10，制備好預(yù)混液；將陶瓷粉體加入到預(yù)混液中，球磨后制備得到固相含量為20-60wt%的粘度小于1Pa·s的陶瓷漿料，利用真空攪拌除氣機對漿料進行除氣；預(yù)混液中丙烯酰胺的質(zhì)量濃度為10-30%，丙烯酰胺與亞甲基雙丙烯酰胺的質(zhì)量比為10-30:1，聚丙烯酸銨的加入量占陶瓷粉體質(zhì)量的0.5-4%，球磨時間為12-40h，除氣時間5-30min。

所述溶劑為去離子水或醇，所述醇為乙二醇、乙醇、丙三醇中的一種或一種以上；若后續(xù)工藝中加入的陶瓷粉體不易與水發(fā)生反應(yīng)，則選擇去離子水作為溶劑，若加入的陶瓷粉體易與水發(fā)生反應(yīng)，則選用醇作為溶劑。

所述陶瓷粉體為氧化物或氮化物中的一種或一種以上。

將陶瓷空心球加入到制備好的陶瓷漿料中并除氣的工藝過程為：陶瓷空心球與陶瓷粉體的質(zhì)量比為1-6:1，加入的陶瓷空心球為一種或一種以上的混合陶瓷空心球，利用真空攪拌除氣機進行除氣，除氣時間5-30min。

四甲基乙二胺的加入量為0.1-0.5ml/1g丙烯酰胺，過硫酸銨水溶液的加入量為0.1-0.5ml/1g丙烯酰胺，過硫酸銨水溶液的質(zhì)量濃度為1-8%。

所述烘箱的溫度為70-90℃，加熱時間為5-30min。

所述干燥、排膠、燒結(jié)的工藝過程為：干燥時，首先應(yīng)將樣品放在空氣中干燥10-50h，隨后將樣品放入75℃的烘箱中再干燥10-30h，排膠速率為10-60℃/h，最高溫度為500-700℃，保溫時間為1-5h，燒結(jié)溫度根據(jù)陶瓷漿料所用陶瓷粉體選擇。

本發(fā)明的有益效果為：

1、使用陶瓷空心球作為造孔劑可以有效改善制備的多孔陶瓷的力學(xué)性能。

2、制備的多孔陶瓷孔徑分布可控，氣孔分布均勻。

3、采用陶瓷空心球作為造孔劑，可以避免傳統(tǒng)造孔劑在燒除時對坯體產(chǎn)生的不利影響，也不會額外引入其他雜質(zhì)，避免了坯體中缺陷的產(chǎn)生。