[發明專利]一種低熱膨脹和高氣孔率堇青石陶瓷及制備方法

有效

• 申請號: 201710135368.2
• 申請日: 2017-03-08
• 公開（公告）號: CN106810293B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 張培萍;韓楨;張文帝;張欣彥;王丹孚;閆劭;王慶龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C04B38/08
• 分類號: C04B38/08;C04B35/195;C04B35/622;C04B35/626;C04B35/63
• 代理公司: 長春市恒譽專利代理事務所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

本發明為一種低熱膨脹和高氣孔率堇青石陶瓷及制備方法。本發明充分利用原料自身結構，包括硅藻土自身具有網孔結構，滑石、高嶺土具有的層狀結構，埃洛石具有的管狀結構，這些網狀、片狀和管狀結構在陶瓷燒結過程中保留，以其為模板原位合成堇青石，形成純相堇青石陶瓷。這些結構交叉組合，可以提高陶瓷的氣孔率，同時可避免堇青石在陶瓷中定向排列，可以有效降低陶瓷的熱膨脹性。在陶瓷混合料中加入合適的添加劑，可以有效減小堇青石的熱膨脹異向性，進一步降低陶瓷的熱膨脹系數。最終獲得氣孔率大于65％，熱膨脹系數小于0.1×10^?6/℃的堇青石多孔陶瓷。

技術領域

本發明涉及一種低熱膨脹和高氣孔率的綠色環保材料及制備方法。充分利用原料結構，以其為模板原位合成純相堇青石，并添加能夠減小堇青石熱膨脹異向性的添加劑，最終獲得低熱脹、高氣孔率的堇青石陶瓷的制備方法。

背景技術

堇青石陶瓷具有熱穩定性好，結構疏松，低熱膨脹性能良好的特點，并且具有一定的力學強度。可以制備多孔壁薄，升溫速率快的蜂窩陶瓷，在其表面噴涂催化劑，作為催化劑的載體。同時蜂窩堇青石陶瓷比表面積大，具有較強的吸附能力，可以吸附有害物質，較大的比表面積可以使催化劑和有害物質充分接觸，使催化劑被活化從而講解有害物質。因此堇青石常被用來凈化汽車尾氣和各種工業廢氣。

2010，朱凱在“低膨脹堇青石材料的制備與性能研究”一文中研究表明：以高嶺土、滑石和礬土為原料，以(TiO₂,Al₂O₃)為添加劑，添加15wt％后，材料中生成低膨脹鈦酸鋁相，膨脹系數降低為2.1×10^-6℃^-1。《中國陶瓷》2012,48(1)：18-20，羅民華在“鋰輝石對堇青石多孔陶瓷的影響”一文中，添加5.0wt％的鋰輝石為添加劑，獲得了熱膨脹系數為1.73×10^-6℃^-1的堇青石多孔陶瓷。《非金屬礦》2011，34(3)：35-37劉振英在“Bi₂O₃對合成堇青石性能的影響”一文中，添加6wt％的Bi₂O₃可使堇青石的熱膨脹系數從2.37×10^-6℃^-1降低到2.08×10^-6℃^-1。《非金屬礦》2007,30(1)：17-19，趙軍在“煤系高嶺土合成堇青石工藝研究”一文中，添加2wt％BaCO₃，合成堇青石的熱膨脹系數最小，為1.84×10^-6℃^-1。201610341915.8，康寧公司在“堇青石多孔陶瓷蜂窩體制品”專利中，最低可使堇青石蜂窩陶瓷熱膨脹系數降低到0.1×10^-6℃^-1。

《硅酸鹽通報》2016,35(12)：4267-4271，張浩在“纖維素基對多孔陶瓷微結構和力學性能的影響”一文中，添加經3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性的微晶纖維素(MCC)為造孔劑，添加含量為20wt％時，可獲得54.1％的顯氣孔比例。《山東陶瓷》2005,28(1)：3-5，陳艷林“以淀粉為造孔劑制備多孔陶瓷”一文中，添加一定含量的淀粉為造孔劑，制備出了表觀密度為1.15-1.52g/cm³，顯氣孔率為30.9％-47.7％的多孔陶瓷。《人工晶體學報》2013,42(4)：737-741，李月麗在“成孔劑對堇青石蜂窩陶瓷結構和性能的影響”一文中，添加中空丙烯酸發泡樹脂小球為造孔劑，可使堇青石蜂窩陶瓷的孔容增加到0.33cm³/g。200480003007.3，康寧公司在“堇青石陶瓷體和方法”專利中添加造孔劑可使氣孔率達到65％。目前，美國Corning公司和日本NJK公司可獲得熱膨脹系數僅為0.1-0.5×10^-6℃^-1的堇青石陶瓷制備方法。當前國內市場仍然銷售熱膨脹系數為1.6-2.0×10^-6℃^-1的堇青石陶瓷，與國際水平仍有一定的差距。