[发明专利]一种Al2O3-ZrO2基泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Al₂O₃‑ZrO₂基泡沫陶瓷及其制备方法，先将氧化铝微粉和硅溶胶混匀均匀，制得浆体Ⅰ；将氧化锆微粉、氧化铝微粉、添加剂、木质磺酸铵、聚羧酸盐、辛醇和水混均匀，制得浆体Ⅱ，真空条件下将聚氨酯海绵浸渍于浆体Ⅰ中，采用压缩空气喷吹或离心甩浆得到Al₂O₃‑ZrO₂基泡沫陶瓷预制生坯；用浆体Ⅱ对Al₂O₃‑ZrO₂基泡沫陶瓷预制生坯进行真空浸渍，压缩空气喷吹或离心甩浆并烘烤得到Al₂O₃‑ZrO₂基泡沫陶瓷坯体；在一定条件下保温得Al₂O₃‑ZrO₂基泡沫陶瓷。本发明工艺简单、成本低，所制备的泡沫陶瓷机械强度高、热震稳定性好，用于金属液净化中具有良好的吸附性、机械阻拦性。

技术领域

本发明涉及泡沫陶瓷技术领域，具体涉及一种Al₂O₃-ZrO₂基泡沫陶瓷及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的快速发展，工业化和装备制造业对于金属材料的质量和纯度要求越来越苛刻。泡沫陶瓷因其具有独特的三维连通曲孔网状骨架结构，使其具有高达80～90％的开气孔率，并通过多种过滤净化机制：整流浮渣、机械拦截和深层吸附等，可有效的过滤金属液中的大块夹杂物和微小悬浮夹杂物，因此泡沫陶瓷被广泛的应用于过滤和净化金属液。但是，有机泡沫浸渍法所制备的泡沫陶瓷由于在煅烧过程中聚氨酯分解形成了中空孔筋以及在陶瓷基孔筋表面产生大量的缺陷，至使泡沫陶瓷的力学性能、热震稳定性能和对微小悬浮夹杂物吸附能力差。氧化锆自身具有相变增韧能力以及氧化铝所具有高的弹性模量和强度赋予了 Al₂O₃-ZrO₂基泡沫陶瓷良好的力学性能。然而Al₂O₃-ZrO₂基泡沫陶瓷在高温和金属熔液长期冲刷环境下造成泡沫陶瓷内部的中空孔筋顶端以及孔筋表面残留的缺陷处应力集中，导致泡沫陶瓷结构体被破坏，降低了Al₂O₃-ZrO₂基泡沫陶瓷使用寿命，并且削弱了Al₂O₃-ZrO₂基泡沫陶瓷对金属液的过滤和净化的作用。

目前技术人员为提升泡沫陶瓷的力学性能和吸附能力等问题进行了深入的研究和技术开发：

“一种氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(ZL201210115537)的专利技术，公开了一种以氧化锆38～42％，纳米氧化锆28～32％，纳米金属锆8～12％，氧化钇0.5～1.5％，氧化钙0.5～1.5％，氧化镁0.5～1.5％，氧化铝0.1～0.5％，羧甲基纤维素0.2～0.8％，聚乙烯醇0.5～1.5％，水8～11％，将氧化锆、纳米氧化锆、纳米金属锆和氧化钇、氧化钙、氧化镁和氧化铝进行球磨混合，在于羧甲基纤维素、聚乙烯醇及水均匀搅拌，通过上浆、干燥并装入高温氮化炉氮化烧成制备氧化锆特种泡沫陶瓷过滤器。该方法在一定程度上提升了氧化锆泡沫陶瓷的高温强度和热震稳定性，但其主要缺陷是：(1)原材料成本较高；(2)设备要求较苛刻；(3) 未对泡沫塑料分解后产生的中空孔筋进行修缮，因此降低材料的抗热冲击能力；(4)并未提升氧化锆泡沫陶瓷对金属熔液净化和过滤的能力。

“氧化锆质泡沫陶瓷过滤器”(ZL200710139288)的专利技术，公开了一种以氧化锆、氧化铝、氧化钙、氧化钇组成陶瓷粉末，再加入甲基纤维素、聚乙烯醇和水制备浆料，以软质聚氨酯泡沫塑料为载体制备氧化锆质泡沫陶瓷过滤器。该方法在一定程度上提升了氧化锆泡沫陶瓷过滤器的耐高温和耐热冲击性能。但其主要缺陷是：(1)未改善氧化锆泡沫陶瓷过滤器净化金属熔液的能力；(2)未加消泡剂；(3)聚氨酯泡沫塑料烧失后产生的中空孔筋处易产生应力集中，降低材料的力学性能。

发明内容