一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法
2023-12-04 00:00:26
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。其技術方案是：按穩定劑︰去離子水的質量比為(0.001~0.006)︰1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，攪拌製得溶液。按分散劑︰莫來石粉︰去離子水的質量比為(0.003~0.03)︰(2~3.6)︰1，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。按發泡劑︰莫來石漿料的體積比為(0.00025~0.012)︰1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌，製得泡沫漿料。將所述泡沫漿料注入模具中，在10~70℃條件下原位固化3~12小時，脫模，乾燥，然後在1450~1650℃條件下煅燒1~6h，製得莫來石多孔陶瓷。本發明製備工藝簡單、工藝易於控制、製備過程汙染小和生產成本低；其製品強度高、孔徑小和產業化前景大。
【專利說明】 一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多孔陶瓷【技術領域】。具體涉及一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。
【背景技術】
[0002]多孔陶瓷是一種含有較多氣孔的無機非金屬材料，具有孔隙率高、滲透率高、比表面積大、體積密度小和熱導率低等優異特性，廣泛地應用於化工、冶金、能源和熱工等領域。
[0003]凝膠注模成型是製備多孔陶瓷最常用的工藝之一，該工藝採用簡單的設備，可製備出形狀複雜的多孔陶瓷。「用蛋白質發泡法製備多孔陶瓷複合材料的方法」(CN101967064A)以蛋清為發泡劑，以多元糖為膠凝劑，採用凝膠注模成型製備了莫來石、二氧化矽、氧化鋁等多孔陶瓷，該方法製備的陶瓷坯體需在75~85°C的環境下才能固化成型，且有機物的用量較多，所採用的發泡劑和膠凝劑雖然無毒，但燒結過程中大量有機物的燃燒嚴重汙染環境。「一種叔丁醇基凝膠注模法製備Si3N4多孔陶瓷的成型方法」(CN102344297A)以叔丁醇為溶劑，丙烯醯胺為單體，氮-氮亞甲基雙丙烯醯胺為交聯劑，製備了高氣孔、高強度的氮化矽多孔陶瓷，此種方法存在如下不足:①有機物的用量較大，製備過程中產生的廢液中有機物的含量較高，且有機物毒性較大，如溶劑叔丁醇、單體丙烯醯胺和交聯劑氮-氮亞甲基雙丙烯醯胺均對眼睛、皮膚、黏膜和呼吸道有刺激作用，會危害操作人員的健康；同時燒結過程中有機物的燃燒產生大量的廢氣，對環境汙染嚴重。②該方法注模後需在30~65°C的水浴中成型後才能脫模，操作不便。③該方法有機物用量較大，成本較高，不適於規模化生產。
【發明內容】
[0004]本發明旨在克服現有技術的不足，目的是提供一種有機物用量小、製備工藝簡單、工藝易於控制、製備過程汙染小和生產成本低的莫來石多孔陶瓷的製備方法；採用該方法製備的莫來石多孔陶瓷強度高、孔徑小和產業化前景大。
[0005]為實現上述目的，本發明採用的技術方案的製備步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.001~0.006): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0006]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.003~0.03): (2-3.6):
I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0007]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.00025~0.012): I，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0008]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在10~70°C條件下原位固化3~12小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0009]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1450~1650°C條件下煅燒l~6h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0010]所述穩定劑為羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥丙基澱粉醚中的一種，羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥丙基澱粉醚為工業純或為分析純。
[0011]所述分散劑為異丁烯-馬來酸酐的共聚物，異丁烯-馬來酸酐的共聚物為工業純。
[0012]所述莫來石粉體的中位粒徑彡10 μ m。
[0013]所述模具為木質模具、玻璃模具、金屬模具、塑料模具、紙質模具和橡膠模具中的一種。
[0014]所述乾燥為自然乾燥或在30~120°C條件下乾燥。
[0015]由於採用上述技術方案，本發明與現有技術相比具有以下積極效果:
1、本發明所採用的穩定劑均安全無毒；分散劑以C、H和O為主，N含量很低，對操作人員和環境危害小。
[0016]2、本發明使用的有機物含量較低，穩定劑和分散劑的總量與去離子水的質量為(0.004-0.036): I，生產成本低，適於規模化生產。
[0017]3、本發明工藝簡單，注模後能在10~70°C環境下固化脫模。
[0018]4、本發明製備的莫來石多孔陶瓷的強度高，孔徑小，當孔隙率為17~90%，耐壓強度為 1.5~305MPa,平均孔徑為 60~300 μ m。
[0019]因此，本發明具有製備工藝簡單、工藝易於控制、製備過程汙染小和生產成本低的特點；所製備的莫來石多孔陶瓷強度高、孔徑小和產業化前景大。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明製備的一種莫來石多孔陶瓷的SEM圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步的描述，並非對其保護範圍的限制。
[0022]為避免重複，先將本【具體實施方式】所涉及的原料統一描述如下，實施例中不再贅述:
所述羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥丙基澱粉醚為工業純或為分析純；
所述分散劑為異丁烯-馬來酸酐的共聚物，異丁烯-馬來酸酐的共聚物為工業純； 所述乾燥為自然乾燥或在30~120°C條件下乾燥；
所述莫來石粉體的中位粒徑< 10 μ m。
[0023]實施例1
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.001~0.003): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0024]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.017~0.03):(2.6-3.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0025]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.00025~0.005): I，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0026]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在10~30°C條件下原位固化9~12小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0027]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1450~1550°C條件下煅燒4~6h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0028]本實施例中:所述穩定劑為羧甲基纖維素；所述模具為木質模具。
[0029]實施例2
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.003~0.006): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0030]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.003~0.017):(2.0-2.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0031]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.005~0.0075): 1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0032]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在30~50°C條件下原位固化6~9小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0033]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1500~1600°C條件下煅燒3~5h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0034]本實施例中:所述穩定劑為羧甲基纖維素；所述模具為玻璃模具。
[0035]實施例3
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.001~0.003): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0036]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.017~0.03):(2.6-3.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0037]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.0075~0.012): 1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0038]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在10~30°C條件下原位固化9~12小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0039]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1550~1650°C條件下煅燒l~3h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0040]本實施例:所述穩定劑為羥丙基甲基纖維素；所述模具為金屬模具。
[0041]實施例4
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.003~0.006): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0042]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.003~0.017):(2.0-2.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0043]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.00025~0.005): I，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0044]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在50~70°C條件下原位固化3~6小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0045]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1450~1550°C條件下煅燒4~6h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0046]本實施例中:所述穩定劑為羥丙基甲基纖維素；所述模具為塑料模具。
[0047]實施例5
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.001~0.003): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0048]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.017~0.03):(2.6-3.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0049]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.005~0.0075): 1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0050]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在30~50°C條件下原位固化6~9小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0051]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1500~1600°C條件下煅燒3~5h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0052]本實施例中:所述穩定劑為羥丙基澱粉醚；所述模具為紙質模具。
[0053]實施例6
一種莫來石多孔陶瓷及其製備方法。所述製備方法的步驟是:
步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.003~0.006): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~24h，再攪拌30min，製得溶液。
[0054]步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.003~0.017):(2.0-2.6): I，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌10~30min，製得莫來石漿料。
[0055]步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.0075~0.012): 1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40min，製得泡沫漿料。
[0056]步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在50~70°C條件下原位固化3~6小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體。
[0057]步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1550~1650°C條件下煅燒l~3h，製得莫來石多孔陶瓷。
[0058]本實施例中:所述穩定劑為羥丙基澱粉醚；所述模具為橡膠模具。
[0059]本【具體實施方式】與現有技術相比具有以下積極效果:
1、本【具體實施方式】所採用的穩定劑均安全無毒；分散劑以C、H和O為主，N含量很低，對操作人員和環境危害小。
[0060]2、本【具體實施方式】使用的有機物含量較低，穩定劑和分散劑的總量與去離子水的質量為(0.004~0.036): I，生產成本低，適於規模化生產。
[0061]3、本【具體實施方式】工藝簡單，注模後能在10~70°C環境下固化脫模。
[0062]4、本【具體實施方式】製備的莫來石多孔陶瓷的強度高，孔徑小，當孔隙率為17~90%，耐壓強度為1.5~305MPa，平均孔徑為60~300 μ m。圖1為本【具體實施方式】中實施例1所製備的一種莫來石多孔陶瓷的SEM圖，從圖1可以看出，所製備的莫來石多孔陶瓷的孔徑小，平均孔徑為150 μ m。
[0063]因此，本【具體實施方式】具有製備工藝簡單、工藝易於控制、製備過程汙染小和生產成本低的特點；所製備的莫來石多孔陶瓷強度高、孔徑小和產業化前景大。
【權利要求】
1.一種莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述製備方法的步驟是: 步驟一、按穩定劑:去離子水的質量比為(0.00^0.006): 1，將穩定劑浸泡於去離子水中12~2處，再攪拌30111111，製得溶液； 步驟二、按分散劑:莫來石粉:去離子水的質量比為(0.0034.03): (2-3.6): 1，將分散劑和莫來石粉體加入所述溶液中，攪拌製得莫來石漿料； 步驟三、按發泡劑:莫來石漿料的體積比為(0.00025-0.012): 1，向所述莫來石漿料中加入發泡劑，攪拌5~40111111，製得泡沫漿料； 步驟四、將所述泡沫漿料注入模具中，在10~701條件下原位固化3~12小時，脫模，製得莫來石多孔陶瓷坯體； 步驟五、將所述莫來石多孔陶瓷坯體乾燥，然後在1450~16501條件下煅燒製得莫來石多孔陶瓷。
2.根據權利要求1所述莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述穩定劑為羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥丙基澱粉醚中的一種，羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素和羥丙基澱粉醚為工業純或為分析純。
3.根據權利要求1所述莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述分散劑為異丁烯-馬來酸酐的共聚物，異丁烯-馬來酸酐的共聚物為工業純。
4.根據權利要求1所述莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述莫來石粉體的中位粒徑? 10 9 III。
5.根據權利要求1所述莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述模具為木質模具、玻璃模具、金屬模具、塑料模具、紙質模具和橡膠模具中的一種。
6.根據權利要求1所述莫來石多孔陶瓷的製備方法，其特徵在於所述乾燥為自然乾燥或在30~1201條件下乾燥。
7.一種莫來石多孔陶瓷，其特徵在於所述莫來石多孔陶瓷是根據權利要求1~6項中任一項所述莫來石多孔陶瓷的製備方法所製備的莫來石多孔陶瓷。
【文檔編號】C04B35/185GK104446623SQ201410694716
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】張海軍, 鄧先功, 王軍凱, 李發亮, 張少偉, 周國紅, 高宏偉 申請人:武漢科技大學, 洛陽欣瓏陶瓷有限公司