[发明专利]一种氧化铝多孔材料的烧结助剂

说明书

技术领域

本发明涉及无机非金属材料领域，特别涉及一种氧化铝多孔陶瓷材料的烧结助剂。

背景技术

氧化铝陶瓷具有机械强度高、硬度大、耐高温、绝缘强度高和耐腐蚀等优异性能，因此被广泛应用于工业和生活的诸多领域。

纯氧化铝粉体大约在1750℃开始蠕变和烧结。如此高的烧结温度，会带来很多实际问题，例如窑炉耐火材料的使用寿命缩短，能源消耗过多，以及材料烧成性能不良等等。解决问题的途径之一就是降低氧化铝的烧成温度，改善烧成工艺。

以氧化锰、氧化铜和二氧化钛等氧化物组成的复合助剂，对氧化铝陶瓷表现出良好的低温烧结特性。例如，氧化锰–二氧化钛复合助剂可以使氧化铝在1250℃实现致密烧结；氧化铜–二氧化钛复合助剂，在合适的组成比例下，也可以使氧化铝的烧结温度降低至1250℃以下。

氧化铜和二氧化钛的混合物在915℃左右生成低共熔物。其中二氧化钛可以与氧化铝发生固相反应，使氧化铝实现烧结；而氧化铜主要起助熔作用，使二氧化钛原子容易迁移到氧化铝颗粒表面，并与氧化铝发生反应。单独的二氧化钛对氧化铝的助烧效果并不显著，单独的氧化铜则对氧化铝没有助烧效果。

原则上用于氧化铝致密烧成的助剂也可以用于氧化铝多孔陶瓷的烧成。不过，多孔陶瓷往往应用于一些特别的应用领域，对其耐化学腐蚀性和耐磨性等性能有较高的要求。而多孔结构具有较大的比表面积，使烧成助剂及其与氧化铝的反应产物大面积地暴露于应用的环境介质中。因此，对烧成助剂及其与氧化铝的反应产物也必然要求具有相应的性能，以满足应用的要求。而通常的硅酸盐类矿物或玻璃助剂耐化学腐蚀性较差，不适合于性能要求较高的应用领域。

自从二十世纪八十年代以来，陶瓷分离膜在食品、化工、医药和水处理等工业领域得到了广泛应用。陶瓷分离膜一般由支撑体和膜层两部分组成。膜层是起筛分作用的金属氧化物多孔薄膜，其孔径细小均匀。支撑体是高开口气孔率的多孔陶瓷，其孔径大于膜层，并具有较高的强度，使膜层保持机械稳定。陶瓷分离膜之所以得到广泛的应用，是因为具有机械强度高、耐高温、耐化学腐蚀和耐磨损等优良性能。但是陶瓷分离膜的应用推广也受到一些制约，主要因为与有机分离膜相比，其价格高、通量较低。

采用廉价原料和降低烧成温度是减少多孔陶瓷生产成本的主要途径。对于性能要求不高的应用领域，值得推荐的是采用价格相对低廉的硅酸盐类矿物原料制备多孔陶瓷支撑体。但是对于性能要求较高的应用领域，尤其是对耐化学腐蚀要求较高的领域，还是得采用氧化铝等价格较高的原料制备多孔陶瓷支撑体。在这种情况下，降低支撑体的烧成温度就成为降低生产成本的主要途径。

影响陶瓷分离膜通量的主要因素在于支撑体的多孔结构。高开口气孔率和大孔径的多孔结构有利于分离膜通量的提高。制备高开口气孔率和大孔径的多孔陶瓷需要以粒径较大的粉体为原料。然而粉体粒径越大，其烧结活性就越低。相应地需要更高的温度才能烧成多孔陶瓷。因此，对于像氧化铝这类高温烧成的多孔陶瓷来说，降低烧成温度从经济效益等方面来说具有重要的意义。

氧化铝陶瓷分离膜支撑体的烧成，一般可以借鉴氧化铝致密烧成的方法。虽然氧化铝致密化的烧成助剂都可以用于氧化铝陶瓷分离膜支撑体的烧成，但是考虑到后者对耐化学腐蚀性和耐冲蚀性的特殊要求，因此烧成助剂的选择也应该考虑这些特殊的性能要求。

因此，在满足氧化铝多孔陶瓷材料的耐化学腐蚀和耐冲蚀性等特殊性能要求的前提下，选取适合的烧成助剂，降低氧化铝多孔陶瓷材料的烧成温度，从而达到降低其生产成本，扩大氧化铝多孔陶瓷材料，特别是陶瓷分离膜应用范围的目的是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种可以降低氧化铝多孔陶瓷材料烧成温度的烧成助剂，而且制备的多孔氧化铝陶瓷材料具有很好的强度和耐腐蚀性能。

本发明采用以下技术方案：

一种氧化铝多孔陶瓷材料的烧结助剂，其是以二氧化钛/和/或其前驱物、铜的氧化物和/或其前驱物、氧化钙和/或其前驱物混合而成；以上三种元素的摩尔比为：钙元素0.5～30％，铜元素0.5％～30％，钛元素40～99％。

更优的，所述氧化钙的前驱物是氟化钙。

更优的，所述烧成助剂中各组份的中位粒径小于10μm。

进一步，所述烧成助剂中各组份的中位粒径为0.05～5μm。

优选地，在上述烧成助剂中，钙、铜、钛三种元素的摩尔比为：钙元素1～15％，铜元素1％～15％，钛元素70～98％。

使用本发明提供的烧成助剂可以用于生产氧化铝多孔陶瓷材料。

本发明的有益效果在于：