[发明专利]一种纳米结构刚玉质泡沫陶瓷材料及其制备方法

说明书

一种纳米结构刚玉质泡沫陶瓷材料及其制备方法，该泡沫陶瓷材料由纳米晶氧化铝、高岭土、纳米晶氧化镁和羟丙基甲基纤维素烧结而成，而纳米晶氧化铝由纳米晶勃姆石煅烧后得到，纳米晶氧化镁由纳米晶氢氧化镁煅烧后得到。本发明以纳米晶氧化铝为主要原料，辅以少量纳米晶氧化镁制成纳米结构的蜂窝陶瓷，具有高温力学性能优异、抗热震性及耐磨性能优良的特点，而纳米氧化铝作为弥散硬质点与纳米晶氧化镁混合后烧结，不仅增强了烧结后材料的高温硬度，同时由于其特殊的尺寸范围，在材料中弥散分布，还能使材料保持较高的韧性，并能够明显抑制材料的脆性断裂、显著提高材料的抗热震性能。

技术领域

本发明涉及到蜂窝陶瓷材料的生产领域，具体的说是一种纳米结构刚玉质泡沫陶瓷材料及其制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷属于多孔陶瓷的一种，是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体。泡沫陶瓷气孔率高达80～90%、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀性能好，此外还具有良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛用作催化剂载体、过滤材料、热交换材料、汽车尾气净化及反应塔、吸收塔的化工填料等。西方工业发达国家早在上世纪70年代就已开始了泡沫陶瓷的研制工作，并相继应用于汽车尾气净化、冶金工业熔融态金属过滤及催化剂载体等领域，并取得了非常好的效果。我国开始此项研究工作稍晚，起步于上世纪80年代中期，所研制的泡沫陶瓷也已应用于有色金属过滤、汽车尾气净化等领域。

泡沫陶瓷在上世纪70 年代研发初期，仅仅用于细菌过滤材料领域。随着制备技术的发展，各种新材质的应用及多孔结构水平控制的显著提高，泡沫陶瓷极大地拓宽了应用领域。现在应用于泡沫陶瓷的材料有氧化铝、氧化锆、碳化硅、莫来石、堇青石等。具体应用大致有以下几类。

1、过滤器

泡沫陶瓷过滤器由于具有过滤面积大，热震稳定性好、化学稳定性高的优点和良好的抗金属冲刷性能以及过滤效率好的特点，因此在金属熔体过滤净化技术中，可以作为一种新型高效过滤器使用；

2、催化剂载体

泡沫陶瓷因为具有巨大的比表面积而具有良好的吸附能力和活性。如果被覆高效催化剂后，反应物流过泡沫陶瓷孔道时，将大大提高催化效率和反应速率。由于泡沫陶瓷具有比表面积高、热稳定性好、耐磨、不易中毒、低密度等特点，特别作为汽车尾气催化净化器载体已被广泛使用。泡沫陶瓷汽车尾气催化器可以使汽油车排出的烃类、CO、NO有害气体转化成CO₂、H₂O、N₂，转化率可达90% 以上；而用在柴油车上，碳粒净化率在50% 以上。积满碳粒的泡沫陶瓷滤芯可以采用催化氧化法或电控燃烧法进行再生，达到长期使用的效果；

3、隔热换热材料

存在闭气孔的泡沫陶瓷中，由于减少了热传播过程中的对流，降低了其放热效率，使泡沫陶瓷具有热传导率低，加上其固有的抗热震性能优良等特性，是一种理想的耐热材料。目前，泡沫陶瓷材料是世界上最好的隔热材料，多用于传统的窑炉和高温电炉的内衬。它还被用于航天飞机的外壳隔热。泡沫陶瓷具有巨大的比表面积，在高温条件下，由于热交换面积大，可用作换热材料。如放在加热炉烟道口，炉内高温气体通过泡沫陶瓷进入烟道时进行热交换，把泡沫陶瓷体加热到接近炉内温度。然后，泡沫陶瓷向炉内辐射热能，减少热能散失。此种技术，可节能30%以上；

除此之外，泡沫陶瓷还可用于吸声材料、生物材料、燃烧器，并在扩散、渗透和吸附方面得到应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米结构刚玉质泡沫陶瓷材料及其制备方法，本方法制得的泡沫陶瓷材料可以在较低的温度下烧结，而且还具有优异的高温力学性能、抗热震性能和耐磨性能。