[发明专利]一种多孔氧化铝陶瓷、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种具有三维通开孔结构、双模孔径分布的多孔氧化铝陶瓷及其制备方法，该陶瓷材料可应用于过滤、分离、催化剂载体、人工骨骼、保温材料、微波吸收剂载体等多种领域。

背景技术

多孔陶瓷具有耐酸碱腐蚀、耐高温、高强度等优点，被广泛应用于过滤、分离、催化剂载体、人工骨骼、耐火保温材料微波吸收剂载体等技术领域。

在过滤、分离领域，为了实现过滤及分离功能，需要在陶瓷基体中引入三维连通孔，但是不同尺寸的过滤物或分离物所需要的孔径不同，因此为了满足过滤分离的实际需要，期望能够设计制备具有三维连通孔结构、并且孔径可控的多孔陶瓷。

多孔陶瓷用于人工骨骼时需要高的抗压强度。但是，一般而言，多孔陶瓷的孔隙率越高，抗压强度就越低。因此，为了满足人工骨骼材料的实际需要，需要设计制备出一种具有一定孔隙率，并且同时具有良好抗压强度的多孔陶瓷。

另外，多孔陶瓷用于保温耐火材料时需要高气孔率、合适的孔径分布，以及良好的抗压强度。

目前制备多孔陶瓷主要采用造孔剂法、模板浸渍法、冷冻干燥法、低温烧结等方法。其中，造孔剂法可以制备孔径尺寸形貌可控的多孔陶瓷，孔隙率在较宽范围内可调，但是利用该方法制备的多孔陶瓷的孔隙一般为闭孔，因而不适用于分离、过滤等领域。模版浸渍法适用于制备较高孔隙率（一般大于60%）的多孔陶瓷，并且孔为开孔连通结构，适用于液体金属等的过滤、分离，但是其孔径受模板的限制，一般较大（百微米尺度），因而不适用于微小颗粒过滤及气液相分离。冷冻干燥法可以制备孔径定向分布的多孔陶瓷，但其制备工艺复杂，且不适合大尺寸样品制备。低温烧结法是将压实粉体进行烧结，在烧结过程中当刚开始形成烧结颈便停止烧结，利用这种方法可以制备具有三维连通的多孔陶瓷，但其孔隙率和孔径分布却难以调控。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种新型结构的多孔陶瓷材料，该陶瓷材料具有三维连通孔道以及良好的抗压强度，能够作为过滤、分离、吸附剂载体、催化剂载体、微波吸收剂载体、人工骨骼、保温等材料而应用。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是：一种多孔氧化铝陶瓷材料，以α相氧化铝为基体，基体中分布着多个孔隙，其特征是，所述的孔隙呈三维连通的开孔结构，所述的孔径呈双模分布，即所述的孔隙根据其孔径分为两种，一种是孔径为50nm～250nm的小孔，另一种是孔径大于500nm的大孔。

作为优选，所述的小孔的孔径为60nm～200nm。

作为优选，所述的大孔的孔径为500nm～1000um。

作为优选，所述的多孔氧化铝陶瓷材料中，小孔体积占5%～70%，进一步优选为10%～60%；大孔体积占5%～80%，进一步优选为10%～60%。

上述多孔氧化铝陶瓷材料能够应用于过滤分离、吸附剂载体、催化剂载体、微波吸收剂载体、耐火保温、人工骨骼等多种领域。

本发明还提供了一种制备上述多孔氧化铝陶瓷材料的简单易行的方法，该方法以粒径为10nm～200nm的非晶氧化铝粉末、过渡相氧化铝粉末（包括γ-Al₂O₃、δ-Al₂O₃、θ-Al₂O₃等），或者刚玉相氧化铝粉末为原料粉末，在其中添加粒径大于500nm的造孔剂粉末，混合均匀后得到的混合粉末首先经成型、1000℃以上烧结处理，得到包含造孔剂的α相氧化铝，然后机械加工为所需形状后进行脱造孔剂处理，即得到多孔氧化铝陶瓷材料，其孔隙呈三维连通的开孔结构、并且孔径呈双模分布。

作为优选，所述的原料氧化铝粉末为非晶相氧化铝粉末或者过渡相氧化铝粉末。

作为优选，所述的原料氧化铝粉末的粒径优选为10nm～150nm。

所述造孔剂是不与氧化铝反应的物质，其熔点高于所述烧结温度，并且该造孔剂能够通过后续的脱造孔剂处理而从原料中脱除。该造孔剂可以采用碳粉（包括石墨、活性碳、炭黑、中间相碳微球等）、金属（包括Ti、Ni、Co、Cr等）、金属氧化物（例如氧化钙）、卤碱化合物（例如氯化钠等）。

所述造孔剂粉末的形状不限，包括球状、颗粒状、片状以及其他不规则形状等。

所述造孔剂粉末的粒径根据实际需要而定，即根据实际应用中对大孔孔径的要求而选择造孔剂粉末的粒径。实际应用中大孔孔径一般为500nm～1000um，进一步优选为500nm～500um。