專(zhuān)利名稱(chēng)：一種采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，特別涉及一種采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法。
背景技術(shù)：
多孔陶瓷材料具有相對(duì)均勻分布的微孔、低的體積密度、三維立體網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)、 高的比表面積及獨(dú)特的物理表面特性，對(duì)液體和氣體介質(zhì)具有良好的選擇透過(guò)性、能量吸收或阻壓特性，耐高溫，耐腐蝕等，是一種理想的催化劑載體，從而成為“節(jié)能減排”材料的一支奇葩。此外，多孔陶瓷材料在氣液體過(guò)濾、凈化分離、吸聲減震、高級(jí)保溫材料、生物植入材料、特種墻體材料等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。多孔材料的制備技術(shù)是決定其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵因素。理想的技術(shù)不僅要求結(jié)構(gòu)可控，力學(xué)性能可靠，而且要求工藝簡(jiǎn)單，成本低。目前，已經(jīng)有多種工藝用于多孔材料的制備，如有機(jī)泡沫浸漬法、添加造孔劑法、發(fā)泡法、溶膠-凝膠法、化學(xué)氣相滲透或沉積法、仿生合成法等。①有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔陶瓷，其孔尺寸主要取決于有機(jī)泡沫體的孔尺寸，制品形狀密度不易控制，且有機(jī)物燃燒會(huì)污染環(huán)境；②添加造孔劑法制備多孔陶瓷，其氣孔分布均勻性差，不適合制備高氣孔率的制品；③發(fā)泡法添加有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)物質(zhì)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)等產(chǎn)生揮發(fā)性氣體而產(chǎn)生泡沫， 再經(jīng)過(guò)干燥和燒成制得多孔陶瓷，工藝過(guò)程不易控制；④溶膠-凝膠法通過(guò)相變或化學(xué)反應(yīng)獲得孔隙，制備成本高；⑤化學(xué)氣相滲透或沉積法工藝要求嚴(yán)格，孔形態(tài)不易控制，能量消耗大；⑥仿生合成法主要以植物的天然多孔組織為模板，通過(guò)滲透反應(yīng)制得多孔陶瓷，但需去除生物模板，工藝繁多且復(fù)雜，不易推廣。大多數(shù)制備方法主要還是依賴(lài)于在制備中使用有機(jī)填料、發(fā)泡劑等來(lái)形成孔結(jié)構(gòu)，從某種程度上看，造成了環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，通過(guò)調(diào)控漿體濃度、冷凍溫度等關(guān)鍵工藝，從而得到不同孔隙率、復(fù)雜形狀的多孔陶瓷。該方法操作工藝簡(jiǎn)單，成本低且不需要添加有機(jī)造孔劑等，避免了環(huán)境污染，是一種環(huán)保型工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)首先，取IOOg氧化鋁粉、150g 300g蒸餾水、30g Nii2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑裝入不銹鋼球磨罐中，再加入650g不銹鋼磨球，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)配置成穩(wěn)定的懸濁液；2)其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；3)將排除氣泡后的懸濁液注入模具中，然后將模具置于-30°C -40°C的真空冷凍干燥機(jī)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下干燥后脫模，得到與成型模具相同形狀的多孔Al2O3素坯；4)然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率自室溫升至1500°C 1600°C，保溫2小時(shí)；5)最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的氧化鋁多孔陶
ο所述步驟1)球磨的機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，球磨過(guò)程采用間歇式球磨的方式，每球磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。所述的專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑為HFXZ-802。所述的球磨機(jī)采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)。所述的成型模具為圓柱狀結(jié)構(gòu)，模具材質(zhì)為聚丙烯，厚度為2mm。所述的真空冷凍干燥機(jī)為L(zhǎng)GJ-10D型。所述的氧化鋁多孔陶瓷孔隙率大于50%，抗壓強(qiáng)度大于9MPa。冰凍干燥工藝(Freezing Casting)是以冰為造孔模板，凍結(jié)含有陶瓷粒子的懸濁液，在水凍結(jié)成冰晶的過(guò)程中冰結(jié)晶推動(dòng)陶瓷粒子到冰晶枝間的區(qū)域，形成與冰晶在相同尺度上的微結(jié)構(gòu)，經(jīng)冷凍干燥后冰晶升華被去除，陶瓷粒子保持存在于冰晶間的形態(tài)，獲得冰晶生長(zhǎng)的負(fù)的復(fù)制品的多孔微結(jié)構(gòu)，較好地遺傳了冰晶形貌。冰凍干燥法具有下列特點(diǎn) (1)對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，無(wú)需添加有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)有害物質(zhì)；(2)孔隙結(jié)構(gòu)的形成是一種物理過(guò)程，不需要特別的模板，也不需要如煅燒、化學(xué)刻蝕等去除模板的過(guò)程；(3)可同時(shí)獲得多種尺度(從微米至納米)孔結(jié)構(gòu)以及微孔和片層復(fù)合結(jié)構(gòu)；(4)設(shè)備投資少，可以實(shí)現(xiàn)凈尺寸成型，易于推廣應(yīng)用。因此，隨著多孔材料應(yīng)用領(lǐng)域的迅速擴(kuò)大和對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，人們對(duì)無(wú)污染的多孔材料的制備技術(shù)越來(lái)越重視。本發(fā)明采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷，具有以下優(yōu)點(diǎn)1)制備的氧化鋁多孔陶瓷是由宏觀孔(圓形孔和片層結(jié)構(gòu))和微觀小孔組成，具有相互貫通的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)控漿體濃度和冷凍干燥溫度，可獲得高氣孔率、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的樣品；2)粘結(jié)劑Na2SiO3 · 9H20的加入，使冷凍干燥后的樣品保持一定的強(qiáng)度，而不致于在脫模時(shí)發(fā)生坍塌；3)復(fù)合燒結(jié)助劑T^2和CuO的加入，可以降低氧化鋁的燒結(jié)溫度及其燒結(jié)激活能；4)球磨后的懸濁液經(jīng)過(guò)真空抽氣后可以排除球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；5)制備的氧化鋁多孔陶瓷其氣孔率采用阿基米德排水法測(cè)量，采用WAW-1000微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。檢測(cè)制備的氧化鋁多孔陶瓷孔隙率大于50%，抗壓強(qiáng)度大于9MPa。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后多孔素坯的宏觀照片；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1500°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷橫切面掃描電子顯微鏡照片；其中
圖2(a)、(b)、(c)、(d)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1500°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷縱斷面掃描電子顯微鏡照片；其中圖3(a)、(b)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。圖4是本發(fā)明實(shí)施例2中經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1550°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷橫切面掃描電子顯微鏡照片；其中圖4(a)、(b)、(c)、(d)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。圖5是本發(fā)明實(shí)施例2中經(jīng)過(guò)-30°C冷凍干燥脫模后多孔素坯于1550°C燒結(jié)后， 得到的多孔陶瓷縱斷面掃描電子顯微鏡照片；其中圖5(a)、(b)、(C)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。圖6是本發(fā)明實(shí)施例3中經(jīng)過(guò)-40°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1600°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷橫切面掃描電子顯微鏡照片；其中圖6(a)、(b)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。圖7是本發(fā)明實(shí)施例4中經(jīng)過(guò)-40°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1500°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷橫切面掃描電子顯微鏡照片；其中圖7(a)、(b)為不同倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 150g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-30°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯；經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后多孔素坯的宏觀照片可以看出，外觀完整，無(wú)宏觀裂痕，如圖1所示。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1500°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的典型微觀結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，圖2是經(jīng)過(guò)_30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1500°C燒結(jié)后制備的多孔陶瓷橫切面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，多孔陶瓷是由宏觀圓孔及分布在孔壁上的微觀小孔組成，孔分布均勻，具有相互貫通的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。圖3是經(jīng)過(guò)_30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于 1500°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷縱斷面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，近似為圓孔狀結(jié)構(gòu)。⑦采用阿基米德排水法測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的氣孔率為 62. 92%。⑧采用WAW-1000微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度為9. 30MPa。實(shí)施例2 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 150g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于_30°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后多孔素坯的宏觀照片可以看出，外觀完整，無(wú)宏觀裂痕，如圖1所示。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1550°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的典型微觀結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示，圖4是經(jīng)過(guò)_30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1550°C燒結(jié)后制備的多孔陶瓷橫切面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，多孔陶瓷是由宏觀橢圓形孔及分布在孔壁上的微觀小孔組成， 孔分布均勻，具有相互貫通的開(kāi)孔結(jié)構(gòu)。圖5是經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1550°C燒結(jié)后，得到的多孔陶瓷縱斷面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，形成了不規(guī)則圓形孔。由于燒結(jié)溫度升高，從而使孔道形狀發(fā)生了改變。⑦采用阿基米德排水法測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的氣孔率為 52. 52%。與實(shí)施例1相比，燒結(jié)溫度升高后，氣孔率明顯降低。⑧采用WAW-1000微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度為12. 40MPa。與實(shí)施例1相比，燒結(jié)溫度升高后，抗壓強(qiáng)度增大。實(shí)施例3 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 200g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào)HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-40°C的真空冷凍干燥機(jī)中 (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔Al2O3 素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1600°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的典型微觀結(jié)構(gòu)如圖6所示，圖6是經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1600°C燒結(jié)后制備的多孔陶瓷橫切面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，形成了定向結(jié)構(gòu)的層狀孔，其方向與冰晶的生長(zhǎng)方向一致，在孔壁上分布著一些微孔。由圖6(b)高倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片可見(jiàn)，層與層之間形成了架橋。⑦采用阿基米德排水法測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的氣孔率為 70. 70%。⑧采用WAW-1000微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度為10. SOMPa0實(shí)施例4 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 200g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-40°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1500°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
⑥使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的典型微觀結(jié)構(gòu)如圖7所示，圖7是經(jīng)過(guò)-30°C冷凍-干燥-脫模后的多孔素坯于1500°C燒結(jié)后制備的多孔陶瓷橫切面的掃描電子顯微鏡照片。由圖可見(jiàn)，形成了分布不均勻、不規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)。由圖7(b)高倍數(shù)掃描電子顯微鏡照片可見(jiàn)，層與層之間亦形成了架橋。與實(shí)施例3相比，僅僅燒結(jié)溫度不同，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不同，亦對(duì)性能造成較大差異。⑦采用阿基米德排水法測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的氣孔率為 65.52%。與實(shí)施例3相比，氣孔率減小，與結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。⑧采用WAW-1000微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量了使用本發(fā)明制備的氧化鋁多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度為16. 9. MPa0與實(shí)施例3相比，抗壓強(qiáng)度明顯增大，與氣孔率的減小有關(guān)。實(shí)施例5 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 260g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-30°C -40°C的真空冷凍干燥機(jī)(北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ_10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1520°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例6 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 230g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；
③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-36°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1540°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例7 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 150g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-40°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1500°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例8 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 150g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于--40°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1550°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例9:①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 300g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于_30°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1500°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例10 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 280g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。
②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-38°c的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1580°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶瓷。⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例11:①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 260g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于_35°C的真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔 Al2O3素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1560°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶瓷。⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。實(shí)施例12 ①首先，分別稱(chēng)量IOOg氧化鋁粉(漢中秦元新材料有限公司生產(chǎn)，過(guò)325目)、 300g蒸餾水、30g Na2SiO3 · 9H20粘結(jié)劑(成都金山化學(xué)試劑有限公司)、4g TiO2和2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑(合肥翔正化學(xué)科技有限公司，型號(hào) HFXZ-802)，裝入不銹鋼球磨罐中，加入650g不銹鋼磨球，然后采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)，配置成穩(wěn)定的懸濁液，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，在球磨過(guò)程中每研磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。②其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；③之后，將懸濁液注入聚丙烯模具內(nèi)，然后將模具置于-40°C的真空冷凍干燥機(jī)北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司生產(chǎn)，型號(hào)LGJ-10D)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后脫模，得到與成型模具形狀相似的柱狀多孔Al2O3 素坯。④然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C /min的升溫速率升至1600°C，保溫2小時(shí)。⑤最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的Al2O3多孔陶
ο⑥將上述方法制備的多孔陶瓷采用阿基米德排水法測(cè)量氣孔率，采用WAW-1000 微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)量其抗壓強(qiáng)度，采用JSM-6390LV型掃描電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。
1權(quán)利要求
1.一種采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于1)首先，取IOOg氧化鋁粉、150g 300g蒸餾水、30gNa2SiO3 ·9Η20粘結(jié)劑、4g TiO2和 2. 5g CuO復(fù)合燒結(jié)助劑、2. 6g專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑裝入不銹鋼球磨罐中，再加入650g 不銹鋼磨球，然后在球磨機(jī)上進(jìn)行充分球磨混合12小時(shí)配置成穩(wěn)定的懸濁液；2)其次，將懸濁液裝入連接真空泵的封閉容器中排除懸濁液在球磨過(guò)程中產(chǎn)生的氣泡；3)將排除氣泡后的懸濁液注入模具中，然后將模具置于-30°C -40°C的真空冷凍干燥機(jī)中冷凍使懸濁液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下干燥后脫模，得到與成型模具相同形狀的多孔Al2O3素坯；4)然后，將脫模的多孔Al2O3素坯放入高溫箱式電爐中，以10°C/min的升溫速率自室溫升至1500°C 1600°C，保溫2小時(shí)；5)最后，保溫結(jié)束后，隨爐自然冷卻至室溫，即得到具有特定結(jié)構(gòu)的氧化鋁多孔陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述步驟1)球磨的機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，球磨過(guò)程采用間歇式球磨的方式，每球磨1小時(shí)，停止球磨機(jī)冷卻1小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述的專(zhuān)用陶瓷粉水體系分散劑為HFXZ-802。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述的球磨機(jī)采用KQM-X4/B型行星式四頭快速球磨機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述的成型模具為圓柱狀結(jié)構(gòu)，模具材質(zhì)為聚丙烯，厚度為2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述的真空冷凍干燥機(jī)為L(zhǎng)GJ-10D型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，其特征在于所述的氧化鋁多孔陶瓷孔隙率大于50%，抗壓強(qiáng)度大于9MPa。
全文摘要
一種采用冷凍干燥工藝制備具有復(fù)合結(jié)構(gòu)氧化鋁多孔陶瓷的方法，以冰晶為成孔模板，通過(guò)調(diào)控漿體濃度、冷凍溫度獲得多孔素坯，再經(jīng)過(guò)高溫?zé)Y(jié)獲得多孔陶瓷。整個(gè)過(guò)程無(wú)需任何造孔劑、有機(jī)添加劑，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)任何污染，成本低，是一種可以制備定向、高氣孔率和復(fù)雜結(jié)構(gòu)多孔陶瓷的環(huán)保型工藝。其過(guò)程描述為在氧化鋁粉體中加入蒸餾水、無(wú)機(jī)粘結(jié)劑、復(fù)合燒結(jié)助劑、分散劑，在室溫下充分研磨后配置成懸濁液，再經(jīng)過(guò)真空除氣工藝后，將其注入到聚丙烯模具中，然后將懸濁液低溫快速凍結(jié)，再經(jīng)過(guò)真空冷凍干燥后，冰晶直接升華從而形成孔隙，然后放入高溫箱式電爐中燒結(jié)，得到氧化鋁多孔陶瓷。本發(fā)明將大大提高了多孔陶瓷的顯氣孔率和機(jī)械強(qiáng)度。
文檔編號(hào)C04B38/00GK102432327SQ201110264530
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者馮小明, 張義明, 艾桃桃, 袁新強(qiáng) 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院