[發明專利]一種超高孔隙率針狀莫來石多孔陶瓷塊體材料的制備方法

在審

• 申請號: 201510143695.3
• 申請日: 2015-03-31
• 公開（公告）號: CN105084878A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發明（設計）人: 陳擁軍;董雷;駱麗杰;曹利華;李建保;李豪
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: C04B35/185
• 分類號: C04B35/185;C04B38/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種超高孔隙率針狀莫來石多孔陶瓷塊體材料的制備方法，以基于PVA的冷凍凝膠注模工藝結合莫來石晶須原位生長技術來制備莫來石多孔陶瓷，屬于多孔陶瓷領域。

背景技術

由于具有較低的熱傳導系數和熱膨脹系數、高的抗蠕變和熱震穩定性、優良的電絕緣性、化學穩定性和高溫強度等，莫來石多孔陶瓷在消音降噪、陶瓷燃燒器、熔融金屬過濾和氣固分離材料等領域表現出廣闊的應用前景。江東亮等人（中國專利，專利公開號CN101037345）以白炭黑和氧化鋁為主要原料，采用凝膠冷凍干燥法制備出莫來石多孔陶瓷。袁磊等人（中國專利，專利公開號CN103833400）以含氧化鋁和二氧化硅的礦物或固體廢棄物，工業氧化鋁為原料，外加淀粉和銨鹽作為造孔劑在1400～1600℃燒結，制備得到自生纖維增強的莫來石多孔陶瓷。王慧等人（中國專利，專利公開號CN101012767）以磷酸、氫氧化鋁和莫來石纖維為原料采用濕法成型，于1000～1300℃燒結得到高孔隙率的莫來石纖維多孔陶瓷；

在結構陶瓷方面，通過添加晶須來增韌陶瓷是一種常用方法，效果顯著，但是晶須很難分散，采用晶須原位生長法可以解決這個問題，但在致密陶瓷中晶須沒有生長的空間，很難原位生長。用原位生長晶須的方法來制備多孔陶瓷，就沒有這些問題。但已有的原位生長晶須制備莫來石多孔陶瓷的方法，得到的孔隙率都較低（＜50%），本發明采用基于PVA的冷凍凝膠注模的工藝結合晶須原位生長技術，成功制備出高孔隙率（＞90%），內部結構全由團簇狀晶須組成的多孔陶瓷塊體材料；

聚乙烯醇PVA是一種水溶性聚合物，被廣泛用作陶瓷粘結劑；PVA與人體有很好的生物相容性，與人體的軟骨組織有極為相似的性質，將PVA水溶液反復冷凍后可得到PVA水凝膠，在生物材料領域有很好的應用前景，可以作為人造軟骨材料。本發明利用PVA水溶液來分散陶瓷粉體，利用PVA水溶液較高的粘度和比水大的密度成功分散顆粒較大的陶瓷粉體（＞15微米），在工業生產中，陶瓷粉體不需要細磨，可以降低成本。本發明中PVA除了作為分散介質，還起粘結劑和造孔劑的作用。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明的目的是利用晶須原位生長的方法制備高孔隙率和孔徑分布可控的莫來石多孔陶瓷，以滿足消音降噪、陶瓷燃燒器、熔融金屬過濾以及氣固分離材料等領域的應用；

本發明制備莫來石多孔陶瓷的方法，包括陶瓷漿料的制備、漿料冷凍成型、冷凍干燥和坯體的燒結。本發明的核心是以基于PVA的冷凍凝膠注模工藝結合莫來石晶須原位生長技術來制備莫來石多孔陶瓷，得到由原位生長的團簇狀晶須構成的莫來石多孔陶瓷塊體材料；

具體工藝：

將75～80wt%的氫氧化鋁，18～22wt%的二氧化硅,1～5%的氟化鋁和1～5%五氧化二釩加入到1～15wt%的聚乙烯醇水溶液中，然后用磁力攪拌器攪拌5～60min,再超聲分散3～60min；把經過超聲分散的漿料倒入模具中在-18～-190℃下冷凍成型，然后在-40～-60℃和1～10pa壓力環境下冷凍干燥，得到聚乙烯醇和陶瓷粉體的復合坯體；

凍干后的復合坯體在空氣氣氛下以1～10℃/min升溫至600℃～800℃，保溫0～3小時，除去其中的聚乙烯醇有機物；

除去有機物后的樣品在密閉坩堝中以1～7℃/min繼續升溫至1200～1600℃保溫1～5小時后燒結，然后隨爐冷卻，得到超高孔隙率針狀莫來石多孔陶瓷塊體材料；

使用本發明制備的陶瓷粉和PVA構成的復合坯體如圖1所示，坯體具有較高的強度和很好的韌性，可以任意成型；

如圖2所示，本發明制備得到的多孔陶瓷主晶相為莫來石相；

使用本發明制備的莫來石多孔陶瓷的典型微觀結構如圖3所示，多孔陶瓷孔隙率較高，且都為相互連通的開孔結構；

綜上所述，利用本發明制備莫來石多孔陶瓷的方法具有以下優點：

﹝1﹞利用PVA水溶液較大的粘度和密度，成功分散含較大顆粒的陶瓷粉體；

﹝2﹞得到的生坯具有很好的強度和韌性，可以承受工業生產中的搬運、碰撞和摔打；

﹝3﹞將漿料倒入模具中冷凍成型，通過改變模具的形狀可按需要成型；

﹝4﹞冷凍溫度在零攝氏度以下即可，可以利用自然天氣條件冷凍，低碳環保。整個陶瓷塊體由原位生長的團簇狀莫來石晶須構成成，具有很高的比表面積。

附圖說明

圖1為冷凍干燥后得到PVA和陶瓷粉復合坯體的數碼照片；