[發明專利]一種多孔陶瓷的制備方法及多孔陶瓷

無效

• 申請號: 201410318493.3
• 申請日: 2014-07-04
• 公開（公告）號: CN104163654A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 陳海標;潘鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/10;C04B35/634
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

技術領域

本申請涉及陶瓷領域，特別是涉及一種多孔陶瓷的制備方法及其制備的多孔陶瓷。

背景技術

多孔材料是具有獨特內部三維結構的一類特殊材料。由于內部孔洞的存在，多孔材料跟致密材料相比，其獨特性質主要體現在低密度和高表面積。如果內部孔洞是互相連通的，多孔材料還可以容許流體在內部通過。由于多孔材料的獨特性質，它們在生產與生活中有著廣泛的用途。包裝運輸所用的泡沫塑料和海綿利用的是多孔材料的低密度和吸能的特性。氣體與液體過濾器所用的濾芯利用的是多孔材料的內部孔洞的連通性和高表面積對顆粒進行阻攔與吸附。工業用多相催化劑載體利用了多孔材料的微孔和高表面積。

根據多孔材料的骨架材料，多孔材料可以分類為多孔聚合物，多孔金屬和多孔陶瓷。以聚氨酯泡沫為代表的多孔聚合物已經實現規?；a與應用，生產工藝非常成熟。通常有機聚合物在300攝氏度以上會熔化或者分解。常見金屬的熔點在1500攝氏度以下，在達到熔點之前會開始燒結，如果暴露在空氣中則容易氧化。跟聚合物和金屬相比，陶瓷化學性質更穩定，可以在更高溫度下使用，不會熔化，燒結或者發生反應。因此在很多應用場合，多孔陶瓷具有不可替代的地位。目前，制備多孔陶瓷，尤其是高孔隙率、高連通度、孔徑均勻的多孔陶瓷仍缺乏一種低成本，可控度高，容易規模化生產的技術。

發明內容

本申請的目的是提供一種新的多孔陶瓷的制備方法，及其制備的多孔陶瓷。

為了實現上述目的，本申請采用了以下技術方案：

本申請的一方面公開了一種多孔陶瓷的制備方法，包括將有機聚合物溶解到至少兩種溶解度不同的溶劑中，制備成均勻的一相系統溶液或分離的兩相系統溶液；然后將陶瓷粉末均勻分散在制備的有機聚合物溶液中，制成陶瓷漿料；再使陶瓷漿料中的有機聚合物析出，有機聚合物析出成絮狀多孔結構后，加熱蒸發所有溶劑，形成陶瓷生坯，絮狀的有機聚合物均勻分布于陶瓷生坯中；然后繼續加熱，燒除絮狀的有機聚合物，形成多孔的陶瓷生坯；最后高溫燒結形成高強度的多孔陶瓷。

需要說明的是，其中兩種溶解度不同的溶劑是指，所采用的有機聚合物在兩種溶劑中的溶解度不同；一相系統溶液是指，當高溶解度溶劑在系統中含量較高時，有機聚合物能夠被完全溶解，而兩種溶劑也是互溶的；分離的兩相系統溶液是指，雖然兩種溶劑依然互溶，但是當高溶解度溶劑在系統中含量較低時，有機聚合物不能夠被完全溶解，部分有機聚合物以固態形式懸浮于溶液中。本申請中陶瓷生坯是指沒有經過燒結，而初步成型的陶瓷產品，可以理解，在有機聚合物析出成多孔結構后，在加熱蒸發所有溶劑的過程中，也可以使用特定的模具，制備出所需形狀的陶瓷生坯，或者直接將漿料涂覆在基底或加工件表面，制備成多孔陶瓷層，在此不做具體限定。還需要說明的是，本申請的關鍵在于利用溶解度變化致相分離，使得陶瓷漿料中形成均勻的絮狀的有機聚合物，在溶劑全部去除后，陶瓷初步成型形成生坯，而絮狀的有機聚合物則均勻的分散在陶瓷生坯中，進一步加熱燒除有機聚合物后，原本是有機聚合物的地方就成為微孔，由于有機聚合物是呈絮狀且均勻分散在陶瓷中的，所以形成的微孔也是均勻分散，且相互連通的；并且，可以通過控制有機聚合物析出的大小和量來控制微孔的大小和陶瓷的孔隙率。

優選的，有機聚合物溶液為有機聚合物溶解到高溶解度溶劑和低溶解度溶劑兩種溶劑中形成的三元一相系統溶液。為了使有機聚合物析出后均勻的分散在陶瓷中，本申請優選的采用三元一相體系溶液，三元即是指有機聚合物、高溶解度溶劑和低溶解度溶劑。

優選的，三元一相系統溶液中有機聚合物：高溶解度溶劑：低溶解度溶劑的重量比為1-10：65-80：20-35。需要說明的是，有機聚合物的用量直接影響最終多孔陶瓷的孔隙率，而各溶劑的用量，則影響有機聚合物的溶解和析出，即直接影響微孔的大小和分布。

優選的，高溶解度溶劑為丙酮，低溶解度溶劑為水。

優選的，有機聚合物為醋酸纖維素。

優選的，陶瓷漿料中陶瓷粉末的體積百分比為1％-10％。

優選的，陶瓷粉末的顆粒粒徑為1納米-10微米。

優選的，陶瓷粉末包括氧化物陶瓷粉末，氧化物陶瓷粉末選自氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、生物玻璃、羥磷灰石及這些氧化物陶瓷的前驅體化合物中的至少一種。需要說明的是，氧化物陶瓷粉末是陶瓷粉末的主要成分，陶瓷粉末中也可以含有其他添加成分，根據不同陶瓷產品的需求，可以參考常規的陶瓷粉末，在此不累述。

本申請的另一面還公開了本申請的制備方法制備的多孔陶瓷。

優選的，多孔陶瓷的孔隙率為50％-90％。