輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法

2023-08-09 13:27:46

專利名稱：輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法
技術領域：
本發明屬於一種以成分為特徵的陶瓷組合物，尤其涉及一種過濾用輕質、高強度、高氣孔率多孔陶瓷的製備方法
背景技術：
隨著全球經濟的不斷發展，資源和環境是人類社會所面臨的兩大難題，所以人們對資源利用和環境保護越來越予以重視。為了提高工作效率，節約生產能源，多孔陶瓷應運而生，並且在各行各業發揮著不可替代的作用，尤其在固液分離方面，多孔陶瓷作為一種新型而又高效的分離器，得到了廣泛的應用和快速的發展。多孔陶瓷不僅具有普通陶瓷的耐高溫、耐腐蝕、高的化學穩定性等優點，還有氣孔 率高、體積密度小、比表面積大等獨特的特性，如今已成為汙水處理的重要過濾材料。但是，目前市場上的一些過濾材料不同程度的存在著一些缺點，如強度不夠，孔隙度偏低，導致淨化效果差，可循環利用性低等，制約了我國汙水處理技術的實際應用。因此，如何研製出一種高強度、高氣孔率、淨化效果好、具有良好可循環利用性的環保型多孔陶瓷，已成為材料研究的一個熱門。同時，為了降低生產的成本，選擇廉價且優質的原料也成為眾多企業及研究機構的研究熱點。

發明內容
本發明的目的，提供一種價格低廉、強度高、氣孔率高的能夠應用於過濾和分離的多孔陶瓷材料及其製備方法。本發明通過以下技術方案予以實現(I)製備無機粘結劑按原料組分及其質量百分比含量為高嶺土 33. 96 41. 36%，鉀長石33. 96 41. 36%，矽微粉15. 71 30. 08%, CaCO3O 9. 09%進行配料，然後混合球磨，球磨介質為去離子水和21<)2球，料球水的重量比為1:2:1，球磨時間為24h ;再將混合球磨後的物料烘乾並裝入坩堝，於高溫熔塊爐中加熱至150(TC，保溫2h，待原料完全熔融後水淬；再置於6(Γ100 乾燥箱中烘乾，再球磨研碎，過250目篩網，即製得無機粘結劑；(2)混料將步驟(I)所得的無機粘結劑與骨料和造孔劑以3:17:2的質量比進行混合、過篩，得到混合料；所述的骨料為石英砂，所述的造孔劑為澱粉；(3)造粒以步驟(2)的混合料為基礎，外加質量百分比含量為5 %的石蠟作為成型粘結劑，並於80°C恆溫水浴下加熱混合、再過篩，得到多孔陶瓷粉料；(4)成型將步驟(3)的多孔陶瓷粉料投入模具中，在20MPa壓力下單向加壓成型，保壓2min，然後停止加壓、脫模、製得多孔陶瓷坯體；
(5)燒結將步驟(4)的多孔陶瓷坯體置於燒結爐中，在1250-1400°C條件下燒結並保溫2h，升溫速率為3-4°C /min,隨爐自然冷卻，即製得多孔陶瓷製品。(6)性能測試對步驟(5)燒結製得的多孔陶瓷製品進行抗彎強度、顯氣孔率和體積密度的測試。所述步驟(I)的優選原料組分及其質量百分比含量為高嶺土 37.6%，鉀長石37. 6%，矽微粉 15. 71%, CaC039 . 09%。所述步驟(I)的石英砂的平均粒度為53 μ m,澱粉的平均粒度為10 μ m。所述步驟(I)的球磨機轉速為1000r/min。·
所述步驟(5)優選的燒結溫度為1300°C。本發明的有益效果是，通過採用廉價且優質的原料製備得到了高強度高氣孔率的多孔陶瓷，當燒結溫度為1300°C時，獲得的多孔陶瓷的綜合性能較優越，其抗彎強度為25. 96MPa，顯氣孔率為48. 25%，體積密度為I. 312g/cm3。


圖I是本發明抗彎強度的變化圖譜；圖2是本發明顯氣孔率的變化圖譜；圖3是本發明體積密度的變化圖譜。
具體實施例方式本發明採用的原料來源廣泛且價格便宜。其中礦物原料為高嶺土 (產地內蒙古呼和浩特)和鉀長石(產地山東淄博)，其他市售的原料為石英砂、矽微粉、CaCO3和食用級澱粉。本發明過濾用輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法如下(I)製備無機粘結劑將不同配比的高嶺土、鉀長石、矽微粉和CaCO3進行稱料，然後混合球磨，球磨介質為去離子水和ZrO2球，料球水的重量比為1:2:1，球磨機的轉速為1000r/min，球磨時間為24h。將混合球磨後的物料烘乾並裝入坩堝中在高溫熔塊爐中加熱至1500°C，保溫2h，待原料完全熔融後水淬，接著置於6(T10(TC乾燥箱中烘乾，然後球磨研碎，並過250目篩網，即製得無機粘結劑。本發明無機粘結劑具體實施例的配方詳見表I。表I
I高嶺土(%) I鉀長石(%) I桂微粉(%) ICaCO3 (%)~I熔融溫度CC )
實施例 I 41.36 41. 36 17.28 O1500
實施例 2 33.96 33.96 32.08 O1500
權利要求
1.一種輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法， (1)製備無機粘結劑 按原料組分及其質量百分比含量為高嶺土 33. 96 41. 36%，鉀長石33. 96 41. 36%，矽微粉15. 71 30. 08%, CaCO3O 9. 09%進行配料，然後混合球磨，球磨介質為去離子水和ZrO2球，料球水的重量比為1:2:1，球磨時間為24h ;再將混合球磨後的物料烘乾並裝入坩堝，於高溫熔塊爐中加熱至150(TC，保溫2h，待原料完全熔融後水淬；再置於6(Tl(rC乾燥箱中烘乾，再球磨研碎，過250目篩網，即製得無機粘結劑； (2)混料 將步驟(I)所得的無機粘結劑與骨料和造孔劑以3:17:2的質量比進行混合、過篩，得到混合料；所述的骨料為石英砂，所述的造孔劑為澱粉； (3)造粒 以步驟(2)的混合料為基礎，外加質量百分比含量為5 %的石蠟作為成型粘結劑，並於80°C恆溫水浴下加熱混合、再過篩，得到多孔陶瓷粉料； (4)成型 將步驟(3)的多孔陶瓷粉料投入模具中，在20MPa壓力下單向加壓成型，保壓2min，然後停止加壓、脫模、製得多孔陶瓷坯體； (5)燒結 將步驟(4)的多孔陶瓷坯體置於燒結爐中，在1250-1400°C條件下燒結並保溫2h，升溫速率為3-4°C /min,隨爐自然冷卻，即製得多孔陶瓷製品。
(6)性能測試 對步驟(5)燒結製得的多孔陶瓷製品進行抗彎強度、顯氣孔率和體積密度的測試。
2.根據權利要求I的輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟(I)的優選原料組分及其質量百分比含量為高嶺土 37. 6%，鉀長石37. 6%，矽微粉15. 71%, CaC039. 09%。
3.根據權利要求I的輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟(I)的石英砂的平均粒度為53 μ m，澱粉的平均粒度為10 μ m。
4.根據權利要求I的輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟(I)的球磨機轉速為1000r/min。
5.根據權利要求I的輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於，所述步驟(5)優選的燒結溫度為1300°C。
全文摘要
本發明公開了一種輕質高強度高氣孔率多孔陶瓷的製備方法，首先，按原料組分及其質量百分比含量為高嶺土33.96～41.36%，鉀長石33.96～41.36%，矽微粉15.71～30.08%，CaCO3 0～9.09%進行配料，於1500℃下熔煉2h，水淬並乾燥研碎後，製備得到無機粘結劑；將無機粘結劑、石英砂和澱粉按3∶17∶2的質量比混料、造粒、成型，在1250-1400℃下燒結2h；最後進行抗彎強度、顯氣孔率和體積密度的測試。本發明的無機粘結劑為高嶺土37.6%，鉀長石37.6%，矽微粉15.71%，CaCO3 9.09%時，並在1300℃下燒結，獲得最佳綜合性能，其抗彎強度為25.96MPa，顯氣孔率為48.25%，體積密度為1.312g/cm3。
文檔編號C04B35/63GK102910931SQ20121046856
公開日2013年2月6日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者馬衛兵, 李建平, 孫清池, 劉志華, 吳濤 申請人:天津大學