[發(fā)明專利]一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110051471.5
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112521178A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金成;王學(xué)斌
• 申請（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/10;C04B35/632;C04B35/636
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本發(fā)明屬于隔熱材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)泡法制備氧化鋁泡沫陶瓷的方法。制備方法包括以下步驟：以氯化銨、尿素、糖、助燒劑和氧化鋁粉末為原料，研磨混合后直接在惰性氣氛下發(fā)泡得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料，將得到的復(fù)合材料除去碳得到氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)體，再將得到的前驅(qū)體高溫?zé)Y(jié)，即可得到多孔氧化鋁泡沫陶瓷。本發(fā)明采用簡易無毒的工藝路線，生產(chǎn)周期短，制備出的氧化鋁泡沫陶瓷具有高孔隙率、低體積密度和高效隔熱的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隔熱材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)

氧化鋁泡沫陶瓷因其高溫穩(wěn)定性、低體積密度、高孔隙率、低導(dǎo)熱系數(shù)和良好的機械強度而被應(yīng)用于多種技術(shù)領(lǐng)域，包括熔融金屬過濾、高溫隔熱、熱交換、熱腐蝕性氣體的過濾、催化劑載體等技術(shù)應(yīng)用。

目前泡沫陶瓷常采用的方法有添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法、發(fā)泡法等。專利US4448896A公布了一種添加炭黑粉末造孔燒結(jié)氧化鋁陶瓷的方法，使用該方法得到的樣品孔徑分布彌散，添加造孔劑法得到的泡沫陶瓷通常具有相對不高的孔隙率(低于50％)；專利CN201310539992.0采用聚氨酯有機泡沫浸漬法制備泡沫陶瓷，該方法得到的泡沫陶瓷孔徑和孔隙率取決于有機泡沫本身，而在燒結(jié)過程中存在有機體系，不可避免地會產(chǎn)生有毒氣體；發(fā)泡法可以簡單有效地制備高孔隙率的多孔氧化鋁陶瓷，目前，典型的直接發(fā)泡方法是將氣體引入懸浮液或液體介質(zhì)中來產(chǎn)生多孔泡沫再固化后燒結(jié)，如K.Prabhakaran等人非專利文獻(xiàn)(J.Am.Ceram.Soc.2005，88，2600-2603)采用填充氧化鋁粉末的蔗糖樹脂漿料進(jìn)行發(fā)泡，得到孔隙率93.5-96.7％的氧化鋁泡沫陶瓷，發(fā)泡法具有工藝簡單、成本較低的特點，但濕泡沫系統(tǒng)的熱力學(xué)不穩(wěn)定性會使小氣泡兼并形成大氣泡來降低系統(tǒng)自由能，造成孔徑大小不均勻，導(dǎo)致其在實際使用中難以達(dá)到預(yù)期效果，同時制漿、脫模、干燥等制備工序耗時較長。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種發(fā)泡制備高孔隙率多孔氧化鋁泡沫陶瓷的方法。本方法工藝簡易無毒，得到的產(chǎn)品具有較為均勻的孔徑、高孔隙率和低體積密度，同時低導(dǎo)熱系數(shù)使之具有成為高效隔熱保溫材料的應(yīng)用前景。

本發(fā)明所采用的的技術(shù)方案為包括以下步驟：

(1)將氯化銨、尿素、糖、助燒劑、氧化鋁粉末混合后研磨，得到粉體混合物；

(2)將上述粉體混合物放置于反應(yīng)爐中，通入惰性氣氛作為保護(hù)氣，隨后以一定的溫度程序進(jìn)行發(fā)泡，得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料；

(3)將上述復(fù)合材料在高溫下通入水汽除去碳或者在含氧氣氛下除碳，得到氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)體；

(4)將上述得到的前驅(qū)體在含氧氣氛下高溫?zé)Y(jié)，得到具有一定強度的高孔隙率氧化鋁泡沫陶瓷。

本發(fā)明中，步驟(1)中的糖可以是蔗糖、葡萄糖、無水葡萄糖中任一者或更多者的組合，助燒劑可以是氧化鎂、氧化硅、氧化鈣、氧化鈦、氧化鋯中任一者或多者的組合。

本發(fā)明中，步驟(1)中氯化銨、尿素、糖、助燒劑、氧化鋁的質(zhì)量比為(0.4-1)∶(0.1-0.3)∶(0.6-1.5)∶(0.002-0.05)∶1。

本發(fā)明中，步驟(1)中氧化鋁為0.1-10μm粒徑的粉末。

本發(fā)明中，步驟(2)中惰性氣氛可以是氮氣、氨氣、氦氣中任一者或多者的組合，成本上優(yōu)選地，惰性氣氛為氮氣。

本發(fā)明中，步驟(2)中發(fā)泡升溫速率為2-25℃/min。

本發(fā)明中，步驟(3)中水汽除碳溫度為750-1150℃，保溫10-60min，水汽可以通過注射、鼓泡、汽化通入中一種或多種方法通入。

本發(fā)明中，步驟(4)中燒結(jié)溫度為1300-1600℃，燒結(jié)時間為30-240min。