一种多孔陶瓷的制备方法与流程

本发明涉及一种多孔陶瓷的制备方法，属于多孔陶瓷制备。

背景技术：

1、二十世纪九十年代初，美国橡树岭国家重点实验室发明了陶瓷坯体的凝胶注模成型技术，该技术将传统的有机坯体注浆成型技术与高分子化学理论相结合，将可形成凝胶体的有机单体和交联剂与有机溶剂或水配置成预混液，与陶瓷粉体混合后配制成陶瓷料浆，浇注入无渗透的模具中并在一定条件下使之原位聚合，形成交叉键结构的凝胶体而使陶瓷坯体定型，适用于各种复杂形状的陶瓷坯体的精密成型；为了制备多孔陶瓷及泡沫陶瓷，采用淀粉、苯乙烯球等模板法制作多孔陶瓷，该方法制备的多孔陶瓷材料孔隙率相对低且不可控，为了制备高气孔多孔陶瓷，模板材料添加量大，烧结过程中模板材料需要碳化分解，制作过程成本高，易造成环境污染，即使这样模板法所制备的多孔陶瓷孔隙率仍然低于<60％，为了克服表面氧阻碍聚合反应的问题，提出采用氮气、氩气及重气体保护制备泡沫陶瓷坯体；搅拌发泡法制作多孔陶瓷材料，孔径尺寸分布可控性差，孔隙率在60-90％范围，制作工装及设备要求高。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷的制备方法，将水基陶瓷料浆水基凝胶注模技术与聚合物可发微球及温度之间的关联性相结合，提出一种依靠蒸汽加热发泡法制作多孔陶瓷的新方法。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种多孔陶瓷的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)将陶瓷粉体、去离子水、分散剂、调节剂、有机单体、交联剂、水性高分子材料混合后形成陶瓷料浆；

5、(2)将陶瓷料浆放入球磨罐中进行球磨，完成后出料，往陶瓷料浆中加入聚合物发泡微球，混匀后放入真空搅拌机中进行脱气处理，处理完成出料，加入过硫酸铵溶液和四甲基乙二胺溶液，搅拌均匀后浇注于模具中进行固化，固化完成后脱模，得到陶瓷坯体；

6、(3)将陶瓷坯体在蒸汽环境中进行发泡处理，完成后进行干燥，干燥后进行烧结，得到多孔陶瓷。

7、本发明采用的上述技术方案的有益效果为，陶瓷粉体中加入水性高分子材料，用于提高陶瓷坯体的可塑性，从而提高坯体形变过程的延展性，有利于减少坯体缺陷，使得孔分布、孔径均匀性得到提高；聚合物发泡微球在加热时，聚合物发泡微球的壳内气体压力增大且热塑性外壳软化，从而使膨胀微球体积显著增大，当冷却时，聚合物发泡微球的外壳再次变硬，体积固定；将聚合物发泡微球混入含有有机单体和交联剂的陶瓷浆料内，制备出内含聚合物发泡微球且具有良好延展性的陶瓷湿坯体，在热蒸汽环境下，聚合物发泡微球体积膨胀至数十倍，迫使陶瓷坯体体积膨胀，微观结构上产生大量孔洞，干燥后，经过高温处理，聚合物发泡微球经过裂解、氧化清除，留下预制孔洞，且经高温烧结实现孔壁致密化。

8、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

9、进一步，步骤(1)中，所述去离子水的重量为陶瓷粉体重量的5-50％，所述分散剂的重量为陶瓷粉体重量的0.1-2％，所述调节剂的重量为陶瓷粉体重量的0.1-2％，所述有机单体的重量为陶瓷粉体重量的0.2-5％，所述交联剂的重量为有机单体重量的0.01-5％，所述水性高分子材料的重量为陶瓷粉体重量的0.01-2％。

10、进一步，步骤(2)中，所述球磨的时间为10-24h，球料比为(1-5):1。

11、进一步，步骤(2)中，所述聚合物发泡微球为高分子微胶囊或者可发性聚苯乙烯球，所述聚合物可发微球的重量为陶瓷粉体重量的0.1-20％。

12、采用上述进一步方案的有益效果是，通过对聚合物可发微球的重量含量的控制，可实现不同孔隙率多孔陶瓷的制备。

13、进一步，步骤(2)中，所述真空搅拌机的转速为10-100r/min，真空搅拌机的室内压强为-0.1-0.08mpa，真空搅拌的时间为30-120min。

14、进一步，步骤(2)中，所述过硫酸铵溶液的质量浓度为5-10％，所述过硫酸铵溶液的重量为陶瓷料浆重量的0.01-1％；所述四甲基乙二胺溶液的质量浓度为50-100％，所述四甲基乙二胺溶液的重量为过硫酸铵溶液重量的10-1000％。

15、进一步，步骤(2)中，所述模具由非渗水非阻凝材料制成，所述非渗水非阻凝材料为金属、玻璃、致密性塑料；所述固化的温度为25-30℃，固化时间为30-60min。

16、进一步，步骤(3)中，所述蒸汽环境的温度为80-130℃，所述发泡处理的时间为5-30min；所述干燥的时间为5-10天；所述烧结的温度为1200-1800℃，烧结时间为2-4h。

17、进一步，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化钇、氧化锆、氮化硅、碳化硅、莫莱石、碳化锆、碳化钨、氧化硅、苏州土、碳酸钙、玻璃粉中的一种或多种；所述陶瓷粉体的平均粒径为0.1-10μm。

18、进一步，所述分散剂为聚丙烯酸盐或聚甲基丙烯酸盐；所述调节剂为氨水或四甲基氢氧化铵；所述有机单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸；所述水性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种。

19、本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

20、本发明采用聚合物发泡微球为模板造孔剂，利用其热膨胀发泡性能，将所制备的多孔陶瓷孔径放大，从而使其孔隙率进一步提高，用于制作孔径在100-200μm范围内的多孔陶瓷，本发明的多孔陶瓷的制备方法，所用模板造孔剂的用量少，高温烧结过程碳排放量低，所制备多孔陶瓷的孔隙率可控，孔径尺寸分布均匀，孔结构完整。本发明提供的制作多孔陶瓷的方法，对设备要求低，操作方便，可通过调整聚合物发泡微球的添加量来制备任意孔隙率的多孔陶瓷，并且所制备的多孔陶瓷孔径分布均匀，适用领域广。

技术特征：

1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述去离子水的重量为陶瓷粉体重量的5-50％，所述分散剂的重量为陶瓷粉体重量的0.1-2％，所述调节剂的重量为陶瓷粉体重量的0.1-2％，所述有机单体的重量为陶瓷粉体重量的0.2-5％，所述交联剂的重量为有机单体重量的0.01-5％，所述水性高分子材料的重量为陶瓷粉体重量的0.01-2％。

3.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述球磨的时间为10-24h，球料比为(1-5):1。

4.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述聚合物发泡微球为高分子微胶囊或者可发性聚苯乙烯球，所述聚合物可发微球的重量为陶瓷粉体重量的0.1-20％。

5.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述真空搅拌机的转速为10-100r/min，真空搅拌机的室内压强为-0.1-0.08mpa，脱气处理的时间为30-120min。

6.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述过硫酸铵溶液的质量浓度为5-10％，所述过硫酸铵溶液的重量为陶瓷料浆重量的0.01-1％；所述四甲基乙二胺溶液的质量浓度为50-100％，所述四甲基乙二胺溶液的重量为过硫酸铵溶液重量的10-1000％。

7.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述模具由非渗水非阻凝材料制成，所述非渗水非阻凝材料为金属、玻璃或致密性塑料；所述固化的温度为25-30℃，固化时间为30-60min。

8.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述蒸汽环境的温度为80-130℃，所述发泡处理的时间为5-30min；所述干燥的时间为5-10天；所述烧结的温度为1200-1800℃，烧结时间为2-4h。

9.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉体为氧化铝、氧化钇、氧化锆、氮化硅、碳化硅、莫莱石、碳化锆、碳化钨、氧化硅、苏州土、碳酸钙、玻璃粉中的一种或多种；所述陶瓷粉体的平均粒径为0.1-10μm。

10.根据权利要求1所述的多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸盐或聚甲基丙烯酸盐；所述调节剂为氨水或四甲基氢氧化铵；所述有机单体为丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺；所述交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺或乙二醇二甲基丙烯酸；所述水性高分子材料为聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇中的一种。

技术总结本发明涉及一种多孔陶瓷的制备方法，属于多孔陶瓷制备技术领域；本发明的多孔陶瓷的制备方法包括如下步骤：(1)将陶瓷粉体、去离子水、分散剂、调节剂、有机单体、交联剂、水性高分子材料混合后形成陶瓷料浆；(2)将陶瓷料浆进行球磨、脱气、固化、脱模后，得到陶瓷坯体；(3)将陶瓷坯体在蒸汽环境中进行发泡处理，完成后进行干燥，干燥后进行烧结，得到多孔陶瓷。本发明提供的多孔陶瓷的制备方法，对设备要求低，操作方便，可通过调整聚合物发泡微球的添加量来制备任意孔隙率的多孔陶瓷，并且所制备的多孔陶瓷孔径分布均匀，适用领域广。技术研发人员：邵道臣,吴圣贤,赵鹏,毛栋生,刘志文,王盛,王伟,刘军,李宝伟,冯少辉受保护的技术使用者：招金矿业股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9