[發明專利]一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷及制備方法

有效

• 申請號: 201410082914.7
• 申請日: 2014-03-07
• 公開（公告）號: CN103894075A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 周向陽;張志敏;肖熳;文向前;龍波;陳春蓮
• 申請（專利權）人: 中南大學;北京礦迪科技有限公司;湖南長重機器股份有限公司
• 主分類號: B01D69/10
• 分類號: B01D69/10;B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

1.一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，所述復合陶瓷包括具有梯度孔結構的多孔支撐體以及涂覆在支撐體外表面的表面微孔濾膜層；所述多孔支撐體由金屬陶瓷前驅體顆粒燒結得到；所述表面微孔濾膜層由礦物纖維經造孔、燒結得到。

2.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：所述多孔支撐體中，通過分層布置不同粒徑金屬陶瓷前驅體顆粒、然后燒結，形成梯度孔結構多孔支撐體；梯度孔結構的孔徑，自多孔支撐體的一面向涂覆有微孔濾膜層的表面依次梯次遞減，大孔尺寸為80-100um，小孔尺寸20-40um。

3.根據權利要求1或2所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：金屬陶瓷前驅體顆粒由金屬相與陶瓷相按質量百分比：5-10:95～90組成。

4.根據權利要求3所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：所述陶瓷相的組成成分為：SnO₂-AB₂O₄，其中：AB₂O₄為尖晶石型復合氧化物，A選自Ni、Mg、Co、Zn、Cu、Fe元素中的一種，B選自Fe、Al、Co、Mn、Cr、Ge元素中的一種，且A、B所選擇的元素不相同。

5.根據權利要求3所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：所述金屬相選自Fe、Ni、Ti、Al、Cr、Cu、Co中的至少2種元素構成的合金，且合金的熔點≥1150℃。

6.根據權利要求1所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：所述表面微孔濾膜層的厚度為50-200um，濾膜層中微孔孔徑為2nm-5um。

7.根據權利要求1或6所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷，其特征在于：構成表面微孔濾膜的礦物纖維選自莫來石纖維、氧化鋁纖維、堇青石纖維、尖晶石型復合氧化物纖維中的任意一種。

8.如權利要求1-7任意一項所述的一種具有梯度孔的非均質復合陶瓷的制備方法，包括下述步驟：

第一步：金屬陶瓷前驅體顆粒制備用原料的準備

a.陶瓷粉末制備：稱取粒徑小于100nm的SnO₂、含A的金屬氧化物與含B的金屬氧化物，混合后加到分散溶劑中球磨2-10h，球磨后所得第一混合粉末在650-1350℃煅燒5-15h，煅燒產物再經過氣流粉碎與分級來得到粒徑≤1um的納微級陶瓷粉末；其中，SnO₂的質量為第一混合粉末質量的50-95%，余量為含A的金屬氧化物與含B的金屬氧化物，且含A的金屬氧化物與含B的金屬氧化物的量嚴格按照AB₂O₄進行稱取，A為Ni、Mg、Co、Zn、Cu、Fe中的一種，B為Fe、Al、Co、Mn、Cr、Ge中的一種，且A、B所選擇的元素不相同；

b.納米合金粉體制備：

取Fe、Ni、Ti、Al、Cr、Cu、Co中的至少2種元素構成的合金在保護氣氛下球磨至粒度≤100nm，得到納米合金粉體；或

取Fe、Ni、Ti、Al、Cr、Cu、Co中的至少2種元素，經機械合金化技術制備粒徑≤100nm合金粉末，得到納米合金粉體；

第二步：造粒、成球

將第一步獲得的納微級陶瓷粉體與納米合金粉體混合均勻得到金屬-陶瓷混合粉末，然后往金屬-陶瓷混合粉末中噴入粘結劑，制備粒徑范圍為100-300um的料粒；混合粉體中的合金粉體與陶瓷粉體的質量百分比為5%-10%:95%～90%；粘結劑加入量為混合粉末質量的3-10%；

第三步：干燥

將第2步獲得的料粒在80-120℃下，干燥2-10h，即得到具有納/微結構的微米級金屬陶瓷前驅體顆粒；

第四步：制備支撐體素坯

分別選取粒徑范圍為100-150um、150-200um與200-300um的金屬陶瓷前驅體顆粒，向相應粒徑范圍的金屬陶瓷前驅體顆粒中分別添加占其質量1-2%的粘結劑、35-45%的去離子水，混合均勻，配制成3種不同粒徑范圍的金屬陶瓷前驅體顆粒料漿；將所述料漿分層澆鑄，分次于80-120℃烘干，得到金屬陶瓷支撐體素坯；或

向相應粒徑范圍的金屬陶瓷前驅體顆粒中分別添加占其質量0-3%的納米合金粉體、1-2%的粘結劑、35-45%的去離子水，混合均勻，配制成3種不同粒徑范圍金屬陶瓷前驅體顆粒的料漿；將所述料漿分層澆鑄，分次于80-120℃烘干，得到金屬陶瓷支撐體素坯；

所述納米合金粉體選自第一步b步驟制備的納米合金粉體；

第五步：支撐體素坯表面涂覆微孔濾膜層

按設計的組分份數，分別稱取礦石纖維、納米合金粉、造孔劑、粘接劑，并將稱取物均勻混合在一起，得到第二混合粉末；稱取10-15份的第二混合粉末加入到85-90份的離子水配制成料漿；分次將料漿均勻噴涂在金屬陶瓷支撐體素坯表面，然后在80-120℃烘干；所述第二混合粉末中，各組分的份數為：

第六步：燒結

將第五步得到的支撐體素坯在惰性氣體保護下，于1150-1450℃下燒結0.5-2h，即得到耐高溫腐蝕、抗熱震性好的復合陶瓷。