[发明专利]一种采用陶瓷空心球制备多孔陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用陶瓷空心球制备多孔陶瓷的方法，属于无机非金属材料制备技术领域。

背景技术

多孔陶瓷是一种含有较多孔洞的新型无机非金属材料，已成为当前材料科学中发展较为迅速的一种材料，具有广阔的应用前景。在目前国内外报道的诸多制备多孔陶瓷的方法中，添加造孔剂法具有工艺简单、制备成本低以及相对容易实现等优点，是目前制备多孔陶瓷的一个重要方法。一般情况下，采用添加造孔剂法制备多孔陶瓷时，由于造孔剂的密度一般小于陶瓷原料的密度，而且其粒度大小往往不同，因此导致造孔剂在坯体中不能均匀分布，从而使多孔陶瓷中的气孔分布不均匀。研究发现，通过加入碳粉、淀粉和聚乙烯醇等造孔剂结合凝胶注模工艺制备的多孔陶瓷都不理想。因此，选择合适的造孔剂对制备高性能的多孔陶瓷至关重要。

陶瓷空心球是一种空心无机非金属球体材料，在航空航天、机械、化学及军事等多个领域中都有广泛的应用。陶瓷空心球尺寸稳定，抗冲击能力强。在陶瓷材料中引入陶瓷空心球，不但可以提高其气孔率，而且可以改善其力学性能。同时，陶瓷空心球本身已经具有气孔，不需要传统添加造孔剂法中的造孔剂的烧除工艺，可以有效避免缺陷的产生和杂质的引入。通过对陶瓷空心球的孔径进行控制，也可以有效调控制备出的多孔陶瓷的气孔大小。另外，通过对陶瓷空心球的配方以及调控多种陶瓷空心球的加入量和加入比例，还可以对制备的多孔陶瓷的综合性能进行有效调控。因此，若将陶瓷空心球作为造孔剂，采用凝胶注模工艺制备新型的多孔陶瓷材料，则有望获得综合性能良好的新型多孔陶瓷。

发明内容

针对目前传统的添加造孔剂法制备多孔陶瓷存在的诸多问题，本发明提出一种制备多孔陶瓷的新方法。

一种采用陶瓷空心球制备多孔陶瓷的方法，对陶瓷空心球进行预烧，然后制备低粘度的陶瓷浆料并除气，再将预烧后的陶瓷空心球加入到制备好的陶瓷浆料中，搅拌均匀后再次除气，随后加入四甲基乙二胺和过硫酸铵水溶液，搅拌均匀后注模，然后将注入浆料的模具放入烘箱加热，待浆料完全固化后脱模，经过干燥、排胶、烧结，最后制备出多孔陶瓷。

所述陶瓷空心球的材料为氧化物或氮化物中的一种或一种以上；其结构为内部完全空心或者具有球形微孔；陶瓷空心球的预烧温度与陶瓷空心球的材料体系有关，预烧后的陶瓷空心球具有机械强度和烧结活性。

所述陶瓷空心球的粒径为10-1000μm。

所述制备低粘度的陶瓷浆料并除气的工艺过程为：在溶剂中加入丙烯酰胺和亚甲基双丙烯酰胺，混合均匀后再加入聚丙烯酸铵，再次混合均匀，加入浓氨水，调节混合溶液的pH值为8-10，制备好预混液；将陶瓷粉体加入到预混液中，球磨后制备得到固相含量为20-60wt%的粘度小于1Pa·s的陶瓷浆料，利用真空搅拌除气机对浆料进行除气；预混液中丙烯酰胺的质量浓度为10-30%，丙烯酰胺与亚甲基双丙烯酰胺的质量比为10-30:1，聚丙烯酸铵的加入量占陶瓷粉体质量的0.5-4%，球磨时间为12-40h，除气时间5-30min。

所述溶剂为去离子水或醇，所述醇为乙二醇、乙醇、丙三醇中的一种或一种以上；若后续工艺中加入的陶瓷粉体不易与水发生反应，则选择去离子水作为溶剂，若加入的陶瓷粉体易与水发生反应，则选用醇作为溶剂。

所述陶瓷粉体为氧化物或氮化物中的一种或一种以上。

将陶瓷空心球加入到制备好的陶瓷浆料中并除气的工艺过程为：陶瓷空心球与陶瓷粉体的质量比为1-6:1，加入的陶瓷空心球为一种或一种以上的混合陶瓷空心球，利用真空搅拌除气机进行除气，除气时间5-30min。

四甲基乙二胺的加入量为0.1-0.5ml/1g丙烯酰胺，过硫酸铵水溶液的加入量为0.1-0.5ml/1g丙烯酰胺，过硫酸铵水溶液的质量浓度为1-8%。

所述烘箱的温度为70-90℃，加热时间为5-30min。

所述干燥、排胶、烧结的工艺过程为：干燥时，首先应将样品放在空气中干燥10-50h，随后将样品放入75℃的烘箱中再干燥10-30h，排胶速率为10-60℃/h，最高温度为500-700℃，保温时间为1-5h，烧结温度根据陶瓷浆料所用陶瓷粉体选择。

本发明的有益效果为：

1、使用陶瓷空心球作为造孔剂可以有效改善制备的多孔陶瓷的力学性能。

2、制备的多孔陶瓷孔径分布可控，气孔分布均匀。

3、采用陶瓷空心球作为造孔剂，可以避免传统造孔剂在烧除时对坯体产生的不利影响，也不会额外引入其他杂质，避免了坯体中缺陷的产生。