[发明专利]微生物发酵低温成型制备多孔陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种微生物发酵低温成型制备多孔陶瓷的方法。

背景技术

多孔陶瓷材料以其较高的孔隙率和比表面积被广泛的应用于吸声、隔音、吸附载体、反应传感及生物支架等领域。其中，多孔陶瓷的孔隙率和表面积是影响其性能及压缩强度的关键因素，所以如何提高多孔陶瓷的孔隙率和比表面积是目前该领域的研究重点之一。

各国学者都在尝试采用不同的方法制备高孔隙率、高比表面积的多孔陶瓷，如添加造孔剂法、冷冻干燥法、有机泡沫浸渍法等，其中利用微生物发酵淀粉类物质产生的二氧化碳气体形成孔隙的方法是近些年才出现的，这种方法结合了添加造孔剂和气体发泡法的优点，可以获得相对较高的孔隙率。

中国专利《一种多孔陶瓷的制备方法》（申请号：201210148603.7，公开号：102643111A，公开日：2012-08-22）公开了一种多孔陶瓷的制备方法，在陶瓷颗粒中加入面粉、发酵剂，或同时再加入粘结剂进行配料，加水混合后成型，然后将坯体放入封闭的空间内进行发酵，然后在常压、空气或氮气或惰性气体保护气氛下对蒸制或烘烤后坯体进行烧结得到多孔陶瓷。但是，这类方法在发酵后需要通过蒸制或烘烤才能够成型形成坯体，然而在蒸制或烘烤过程中容易发生收缩、开裂等现象，造成最终多孔陶瓷孔隙率不高以及存在明显的宏观裂纹等问题。

中国专利《一种微生物发酵超多孔水凝胶及其制备方法和应用》（申请号：201210228636.2，公开号：102702559A，公开日：2012-10-03）公开了一种微生物发酵超多孔水凝胶及其制备方法和应用。包括下述步骤：（1）凝胶预聚液的配制；（2）干酵母的复水活化；（3）超多孔凝胶的制备；（4）超多孔凝胶的纯化。该发明将微生物的发酵技术和凝胶相互结合，可实现多孔凝胶的制备。但是，该方法发酵后也需要通过干燥蒸发成型，然而在干燥蒸发过程中容易产生鼓泡、收缩、开裂等现象，造成最终产品孔隙率不高以及存在明显的宏观缺陷等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微生物发酵低温成型制备多孔陶瓷的方法，解决了现有技术制备的多孔陶瓷孔隙率低、存在明显宏观缺陷的问题。

本发明所采用的技术方案是：微生物发酵低温成型制备多孔陶瓷的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：按体积百分比分别取陶瓷粉末10%～90%，淀粉类物质10%～90%，上述各组分体积百分比之和为100%；将取得的陶瓷粉末和淀粉类物质混合均匀，得到混合粉；

步骤2：按质量百分比分别取酵母0.5%～5%，活化剂0.1%～5%，蒸馏水90%～99.4%，上述各组分质量百分比之和为100%；将取得的酵母和活化剂加入蒸馏水中，混合均匀后得到发酵溶液；

步骤3：按体积百分比分别取步骤1得到的混合粉60%～85%，步骤2得到的发酵溶液15%～40%，上述各组分体积百分比之和为100%；将混合粉加入发酵溶液中，均匀混合，得到陶瓷浆料；

步骤4：将步骤3得到的陶瓷浆料进行发酵，然后在常压下进行冷冻，得到冷冻后的陶瓷浆料；

步骤5：将步骤4得到的冷冻后的陶瓷浆料取出，进行低压干燥，得到多孔陶瓷预制体；

步骤6：将步骤5得到的多孔陶瓷预制体在1250℃～1700℃的温度烧结2h～5h，即制得高孔隙率多孔陶瓷。

本发明的特点还在于，

步骤1中陶瓷粉末为金属氧化物、金属氮化物、羟基磷灰石、磷酸三钙、粘土、碳化硅、堇青石中的任意一种或任意几种的混合物。

金属氧化物为Al₂O₃、TiO₂、ZrO₂、SiO₂中的任意一种，金属氮化物为Al₄N₃、SiN、TiN中的任意一种。

步骤1中淀粉类物质为面粉、淀粉、玉米粉、红薯粉中的任意一种。

步骤2中酵母为干酵母菌或面包酵母菌。

步骤2中活化剂为蔗糖、葡萄糖、麦芽糖中的一种。

步骤4中发酵的温度为25℃～40℃，时间0.5h～4h。

步骤4中冷冻的温度为-60℃～-20℃，时间1h～3h。

步骤4中低压干燥的压强为1～600Pa。