[发明专利]一种低热膨胀和高气孔率堇青石陶瓷及制备方法

说明书

本发明为一种低热膨胀和高气孔率堇青石陶瓷及制备方法。本发明充分利用原料自身结构，包括硅藻土自身具有网孔结构，滑石、高岭土具有的层状结构，埃洛石具有的管状结构，这些网状、片状和管状结构在陶瓷烧结过程中保留，以其为模板原位合成堇青石，形成纯相堇青石陶瓷。这些结构交叉组合，可以提高陶瓷的气孔率，同时可避免堇青石在陶瓷中定向排列，可以有效降低陶瓷的热膨胀性。在陶瓷混合料中加入合适的添加剂，可以有效减小堇青石的热膨胀异向性，进一步降低陶瓷的热膨胀系数。最终获得气孔率大于65％，热膨胀系数小于0.1×10^‑6/℃的堇青石多孔陶瓷。

技术领域

本发明涉及一种低热膨胀和高气孔率的绿色环保材料及制备方法。充分利用原料结构，以其为模板原位合成纯相堇青石，并添加能够减小堇青石热膨胀异向性的添加剂，最终获得低热胀、高气孔率的堇青石陶瓷的制备方法。

背景技术

堇青石陶瓷具有热稳定性好，结构疏松，低热膨胀性能良好的特点，并且具有一定的力学强度。可以制备多孔壁薄，升温速率快的蜂窝陶瓷，在其表面喷涂催化剂，作为催化剂的载体。同时蜂窝堇青石陶瓷比表面积大，具有较强的吸附能力，可以吸附有害物质，较大的比表面积可以使催化剂和有害物质充分接触，使催化剂被活化从而讲解有害物质。因此堇青石常被用来净化汽车尾气和各种工业废气。

2010，朱凯在“低膨胀堇青石材料的制备与性能研究”一文中研究表明：以高岭土、滑石和矾土为原料，以(TiO₂,Al₂O₃)为添加剂，添加15wt％后，材料中生成低膨胀钛酸铝相，膨胀系数降低为2.1×10^-6℃^-1。《中国陶瓷》2012,48(1)：18-20，罗民华在“锂辉石对堇青石多孔陶瓷的影响”一文中，添加5.0wt％的锂辉石为添加剂，获得了热膨胀系数为1.73×10^-6℃^-1的堇青石多孔陶瓷。《非金属矿》2011，34(3)：35-37刘振英在“Bi₂O₃对合成堇青石性能的影响”一文中，添加6wt％的Bi₂O₃可使堇青石的热膨胀系数从2.37×10^-6℃^-1降低到2.08×10^-6℃^-1。《非金属矿》2007,30(1)：17-19，赵军在“煤系高岭土合成堇青石工艺研究”一文中，添加2wt％BaCO₃，合成堇青石的热膨胀系数最小，为1.84×10^-6℃^-1。201610341915.8，康宁公司在“堇青石多孔陶瓷蜂窝体制品”专利中，最低可使堇青石蜂窝陶瓷热膨胀系数降低到0.1×10^-6℃^-1。

《硅酸盐通报》2016,35(12)：4267-4271，张浩在“纤维素基对多孔陶瓷微结构和力学性能的影响”一文中，添加经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性的微晶纤维素(MCC)为造孔剂，添加含量为20wt％时，可获得54.1％的显气孔比例。《山东陶瓷》2005,28(1)：3-5，陈艳林“以淀粉为造孔剂制备多孔陶瓷”一文中，添加一定含量的淀粉为造孔剂，制备出了表观密度为1.15-1.52g/cm³，显气孔率为30.9％-47.7％的多孔陶瓷。《人工晶体学报》2013,42(4)：737-741，李月丽在“成孔剂对堇青石蜂窝陶瓷结构和性能的影响”一文中，添加中空丙烯酸发泡树脂小球为造孔剂，可使堇青石蜂窝陶瓷的孔容增加到0.33cm³/g。200480003007.3，康宁公司在“堇青石陶瓷体和方法”专利中添加造孔剂可使气孔率达到65％。目前，美国Corning公司和日本NJK公司可获得热膨胀系数仅为0.1-0.5×10^-6℃^-1的堇青石陶瓷制备方法。当前国内市场仍然销售热膨胀系数为1.6-2.0×10^-6℃^-1的堇青石陶瓷，与国际水平仍有一定的差距。