[發(fā)明專(zhuān)利]一種梯度多孔莫來(lái)石陶瓷的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510875948.6
• 申請(qǐng)日: 2015-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105272335A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-01-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭偉;劉甜甜;許曉敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鹽城工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C04B38/00
• 分類(lèi)號(hào): C04B38/00;C04B35/185
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 施翔宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于陶瓷制備領(lǐng)域，涉及一種梯度多孔莫來(lái)石陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)

多孔材料又分微孔、介孔、宏孔材料，盡管微孔、介孔、宏孔材料在結(jié)構(gòu)、組成、形貌等方面取得進(jìn)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。然而在很多應(yīng)用領(lǐng)域，微孔、介孔、宏孔材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)實(shí)迫切需要發(fā)展綜合各種孔結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的新材料，即根據(jù)應(yīng)用需要和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇性地把單一孔材料構(gòu)建成梯度多孔材料。

多孔陶瓷不僅具有普通陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化、耐高溫和耐腐蝕等特點(diǎn)，還因其孔洞結(jié)構(gòu)而具有密度小、比表面積大和熱導(dǎo)率低等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、電子、化工等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。因此，在多孔陶瓷基礎(chǔ)上，發(fā)展梯度多孔陶瓷迫在眉睫。

莫來(lái)石是SiO₂-Al₂O₃系中唯一穩(wěn)定的化合物，除具有熱膨脹系數(shù)小、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化點(diǎn)高、高溫蠕變值小、硬度大、抗化學(xué)腐蝕性好等特點(diǎn)外，還具有良好的高溫強(qiáng)度和斷裂初性，它的強(qiáng)度和籾性隨溫度的升高不僅不會(huì)降低，反而會(huì)有所提高。因此常被用來(lái)生產(chǎn)高溫耐火材料。目前對(duì)莫來(lái)石多孔陶瓷方面的研究，針對(duì)孔徑要求較少，制備具有梯度多孔結(jié)構(gòu)的莫來(lái)石陶瓷還未見(jiàn)到報(bào)道。

綜上所述，關(guān)于梯度多孔莫來(lái)石陶瓷的制備存在兩個(gè)問(wèn)題：(1)如何形成梯度多孔的結(jié)構(gòu)；(2)缺少對(duì)孔徑大小及分布的研究。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于提供一種操作簡(jiǎn)單且易于工藝控制的一種梯度多孔莫來(lái)石陶瓷的制備方法。同時(shí)，在原有的制備莫來(lái)石多孔陶瓷的基礎(chǔ)上，基于生物質(zhì)材料(稻殼、秸稈等)的結(jié)構(gòu)存在差異，制備出一種梯度多孔莫來(lái)石陶瓷。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供了一種梯度多孔莫來(lái)石陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)將含鋁化合物、煤矸石與生物質(zhì)粉混合，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，各組分配比為含鋁化合物38～53份、煤矸石20～30份、生物質(zhì)粉23～36份，再加入添加劑，混合均勻，加入適量5％(重量比)聚乙烯醇溶液，研磨造粒，過(guò)篩，得到混合料；

2)選擇不同的生物質(zhì)粉，重復(fù)上述步驟，得到由不同生物質(zhì)粉組成的混合料；

3)將上述不同的混合料，依次分層裝入模具內(nèi)；裝填后跳振；模壓成型，得到混合坯體；

4)將上述混合坯體在高溫爐內(nèi)進(jìn)行燒結(jié)，隨爐冷卻，得到梯度多孔莫來(lái)石陶瓷。

具體的，上述制備步驟中所述的含鋁化合物為氧化鋁、氫氧化鋁或鋁礬土。

所述的生物質(zhì)粉是將棉稈、稻殼、玉米桿、稻桿或麥稈，浸泡于體積分?jǐn)?shù)為10％的鹽酸溶液中，直至完全浸透，再沸煮1h，最后用蒸餾水清洗，烘干，粉磨后得到。所述的生物質(zhì)粉粒徑小于2.0μm。

上述制備步驟中所述的添加劑選為晶種莫來(lái)石、BaO、TiO₂中的一種，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述添加劑的用量為0～2份，優(yōu)選2份。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于，通過(guò)不同的生物質(zhì)粉組成不同的混合料，然后將不同的混合料疊層裝填，疊層的層數(shù)為2層或2層以上，優(yōu)選2～5層。疊層的次序?yàn)椋翰煌N混合料按其生物質(zhì)粉碳硅比依次增加或生物質(zhì)自身孔結(jié)構(gòu)的依次增大來(lái)裝填。不同種生物質(zhì)粉碳硅比的測(cè)定，用燒失量法及定碳儀測(cè)定坯料C的質(zhì)量，用X熒光光譜儀測(cè)定Si的質(zhì)量。生物質(zhì)自身孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)掃描電鏡圖和孔徑分布分析，依次增大順序?yàn)槊薅挕⒌練ぁ⒂衩讞U、稻桿、麥稈。

以?xún)蓪訛槔梢允且粚訛楹練さ幕旌狭希涣硪粚訛楹衩锥挼幕旌狭稀Ｒ匀龑咏Y(jié)構(gòu)為例，可以是上層含玉米稈的混合料，中層含稻桿的混合料，下層含麥稈的混合料。以四層結(jié)構(gòu)為例，各層依次可為：含稻殼的混合料、含玉米稈的混合料、含稻桿的混合料、含麥稈的混合料。以五層結(jié)構(gòu)為例，各層依次為：含棉稈的混合料、含稻殼的混合料、含玉米稈的混合料、含稻桿的混合料、含麥稈的混合料。

各層混合料的物料比(重量)，對(duì)于雙層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，物料比為(0.5～2)：1，優(yōu)選1:1。對(duì)于三層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，物料比為(0.5～2)：(0.5～2)：1，優(yōu)選1:1:1。對(duì)于四層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，物料比為(0.5～2)：(0.5～2):1:1，優(yōu)選1:1:1:1。

所述的跳振為將模具固定于振實(shí)臺(tái)上，振動(dòng)1～5個(gè)周期(一個(gè)周期為60次/分鐘)，對(duì)于雙層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，3～4個(gè)周期較好；對(duì)于多層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，2～3個(gè)周期較好。

所述的模壓成型，施加壓力為5～20MPa。

所述的燒結(jié)，升溫至1300～1400℃進(jìn)行燒結(jié)，保溫1～4h。

有益效果：