[发明专利]一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法

说明书

本发明提供一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法，属于固废综合利用技术领域。该方法将不同原料按照质量百分比混合，无需加入造孔剂，按照传统陶瓷制备方法加工成生坯，并经过干燥和烧结，获得多孔陶瓷材料。原料中不含有辉石晶相，原料混合后制备的陶瓷材料化学组成为35％SiO₂65％，10％CaO30％，3％Al₂O₃31％，3％MgO20％，0％Fe₂O₃10％，0％Na₂O+K₂O3％，烧制的陶瓷材料主晶相含有辉石相。烧制温度在1020～1260℃区域内。本发明工艺简单，易于控制，是生产多孔陶瓷材料的一条有效途径，可以用作具有吸附、过滤等功能性材料，各类载体材料，或者功能建筑材料并广泛应用。

技术领域

本发明涉及固废综合利用技术领域，特别是指一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法。

背景技术

我国是一个环境污染比较严重的国家，其中水污染、空气污染是其中的重要关注领域。在今后几年环保行业，对于粉尘、有害气体吸附、污水过滤相关材料的需求将非常大。

多孔陶瓷是一种新型的功能材料，具有一定尺寸和数量的孔隙结构，结合了多孔材料的高比表面积和陶瓷材料的物理、化学稳定性。多孔陶瓷滤料由大量晶粒及大量开放的三维连通气孔构成，从而赋予滤料良好的过滤性及高强度,具备化学稳定性好、孔隙率高且孔径均匀可控、强度高、热稳定性好、比表面积大、再生性强等优点。

多孔陶瓷作为一种性能优异，前景广阔的新型陶瓷材料，其潜在应用非常广泛，正被大量用于环保、化工、石油、冶金、矿山、食品、医药及生物等领域作为过滤，分离、吸音、隔热、敏感材料、生物陶瓷及催化剂载体等。

人们在传统工艺基础上已经发展了多种多孔陶瓷的制备工艺，如颗粒堆积成型工艺、发泡工艺、添加造孔剂工艺、有机泡沫体浸渍工艺、溶胶-凝胶法等。

公开号为CN104355674A公开了一种利用城市污泥烧纸多孔陶瓷材料的方法，利用粘土、城市污泥和造孔剂烧制成多孔陶瓷，利用污泥中的有机物、造孔剂达到多孔的目的。得到的成品孔隙率可达46.7％，但抗压强度最高仅有16MPa。

公开号为CN104909820A采用原料为均匀低活性致密球形颗粒，球形颗粒间的接触部分通过烧结形成烧结颈提供陶瓷强度，球形颗粒间的堆积间隙的物理造孔方法形成三维孔道。得到的成品孔隙率在30-45％之间，平均孔径在8-10μm，强度在15-40MPa。

公开号为CN104163650A利用自发泡的陶瓷浆体，经室温发泡成型和高温烧结而成，其中陶瓷浆料的主要成分包括有机聚合物、化学发泡剂和催化剂，发泡剂能产生氢气或二氧化碳。孔隙率可达70％以上，孔径在10μm-10mm。

通常陶瓷在孔隙率和吸水率快速下降，即进入烧成区间，此时陶瓷才具有较高的强度。通常吸水率小于20％大于10％是认为成陶，吸水率低于0.5％是认为成瓷，此时的温度叫烧成温度。传统辉石质陶瓷也主要是利用烧结时生成较多的液相，形成液相烧结为主，使得陶瓷吸水率尽可能低、强度尽可能的高。

本发明是一种新的多孔陶瓷材料的制备方法，不需要添加造孔剂，不采用物理成孔方法，仅主要利用固相扩散作为整体强度形成手段；利用密度小的矿相反应后生成密度大的矿相，利用其晶相的体积收缩达到本征成孔的目的。采用此方法制备的陶瓷在满足抗压强度大于40Mpa或抗折强度大于20MPa的条件下，仍然具有传统陶瓷不具备的特征，即吸水率大于20％，同时具有多孔陶瓷优异性能：孔径范围0.1～20μm，平均孔径在1-10μm范围内，孔隙率大于25％。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种本征成孔的多孔陶瓷材料制备方法。

该方法首先取原料混合配料，不加入造孔剂；然后，按照传统陶瓷制备方法加工成生坯；最后，经过干燥和烧结，得到多孔陶瓷材料。