專利名稱：一種硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于多孔陶瓷具有低密度、高滲透率、耐腐蝕、良好的隔熱性能、耐高溫和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它們可用作高溫氣體過(guò)濾器、固體顆粒過(guò)濾器、熔融金屬過(guò)濾器，用于在高溫下使用需要抗化學(xué)腐蝕、滲透性好的設(shè)備上，以及作為物理分離用隔板，處理化工廠廢物和汽車尾氣的催化劑載體等方面。它們還可用作耐火材料、隔熱材料、傳感器、熱敏電阻和多孔壓電陶瓷、熱交換器等。此外，它們?cè)谏镝t(yī)用領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用前景?？傊?，多孔陶瓷已被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、能源、環(huán)保、生物等領(lǐng)域。
近年來(lái)，對(duì)硼酸鋁陶瓷的研究主要集中硼酸鋁晶須的制備和應(yīng)用上，因?yàn)榕鹚徜X的密度低(2.93g/cm3)、熔點(diǎn)高(1440℃)，其機(jī)械性能可與SiC、Si3N4相妣美；硼酸鋁的熱膨脹系數(shù)小(4.2×10-6/K)、導(dǎo)熱系數(shù)小(4～5w/(m.k)，因而具有良好絕熱性；硼酸鋁具有良好的耐腐蝕性，它在90℃的1摩爾/升HCl溶液中煮沸8h，重量?jī)H減少1％。因而硼酸鋁用作添加增強(qiáng)制成各種復(fù)合材料，可提高材料的機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性。
目前，由于硼酸鋁晶須的制備工藝比較復(fù)雜、而且晶須大小難以控制，限制了硼酸鋁晶須的在很多方面的應(yīng)用。
一種高強(qiáng)致密的硼酸鋁陶瓷材料(US 4,774,210)，采用含鋁化合物例如氧化鋁、氯化鋁、氫氧化鋁、一水鋁石和硝酸鋁和三氧化二硼為原料，外加0.25～10％的促燒劑例如硼鋁酸鈣、硼鋁酸鎂、硼磷酸鋁和硼硅酸鋁等，制備出一種絕熱硼酸鋁陶瓷雖強(qiáng)度高、密度低，但工藝復(fù)雜、成本高。
采用醋酸鋁和硼酸為原料制備硼酸鋁陶瓷(US 5,183,785)，是在一定溫度下煅燒，然后將煅燒后的混合粉，成型，在一定溫度下燒結(jié)處理，得到高氣孔率、氣孔大小分布可控的硼酸鋁陶瓷。是先將醋酸鋁和硼酸成泥漿，然后煅燒，再將煅燒后混合粉成型，在一定溫度下燒結(jié)后得到硼酸鋁陶瓷。該發(fā)明雖可制備出氣孔率40～60％、孔徑大小為0.5μm～5μm的硼酸鋁陶瓷，但是采用的二步煅燒工藝，工藝比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、生產(chǎn)易于控制、保溫和透氣性能好的硼酸鋁多孔陶瓷及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是將骨料與混合粉按重量比為20～90/10～80混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～60分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)，升溫到200～500℃保溫20～280分鐘，再升溫至700～1700℃保溫30～600分鐘，自然冷卻；其中混合粉的制備方法是，將含鋁化合物細(xì)粉與硼酸粉混合，混合后的AlxByOz為，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36，含鋁的化合物細(xì)粉由Al2O3細(xì)粉、Al2O3.3H2O細(xì)粉、Al2O3.H2O細(xì)粉組成，分別為混合粉的0～70wt％、0～80wt％、0～70wt％；所述的骨料為剛玉、莫來(lái)石、礬土、鎂砂、鎂鋁尖晶石中一種或兩種或兩種以上顆粒物組成；所述的剛玉、莫來(lái)石、礬土、鎂砂、鎂鋁尖晶的粒度為5～0mm，Al2O3細(xì)粉、Al2O3.3H2O細(xì)粉、Al2O3.H2O細(xì)粉、硼酸粉的粒度小于180目。
所述的結(jié)合劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁溶膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖維素中的一種或兩種或兩種以上的組合。
所述的成型或?yàn)闄C(jī)壓、或?yàn)閾v打或?yàn)闈沧?，機(jī)壓成型的壓力為45～350Mpa。
所述的升溫的速度為50～300℃/h，再升溫的速度為50～300℃/h。
由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、生產(chǎn)易于控制，利用含鋁的化合物和硼酸分解制備孔，通過(guò)改變?cè)狭６群涂刂乒に噮?shù)，可獲得不同孔徑、顯氣孔率為15～80％、的多孔陶瓷，所生產(chǎn)的多孔陶瓷具有保溫和透氣性能好的特點(diǎn)。制得的多孔陶瓷和其它材料復(fù)合，可作為保溫材料、金屬熔體精煉用透氣陶瓷等。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將1.0～0.2mm的電熔白剛玉與混合粉按重量比為60～80/20～40混合?；旌戏塾?-15wt％的電熔白剛玉細(xì)粉、15～30wt％的α-Al2O3微粉、20～50wt％的氫氧化鋁細(xì)粉和硼酸粉混合?；旌虾蟮腁lxByOz的范圍為，x＝18、y＝4、z＝33，外加2～5wt％粘土，混合10～15分鐘后，在100～300MPa壓力下機(jī)壓成型。在100～110℃條件下干燥24小時(shí)，然后以100～200℃/h的升溫速度加熱到280～450℃，保溫30～200分鐘；再以100～200℃/h的升溫速度加熱至800～1600℃，保溫30～240分鐘，自然冷卻后取出。
采用X-射線衍射分析其物相組成，主要物相為硼酸鋁(9Al2O3.2B2O3)和剛玉相。測(cè)得其體積密度為2.54g/cm3，顯氣孔率為35％，耐壓強(qiáng)度為45MPa，透氣度為0.44μm2。將試樣φ36×36mm浸入870℃鋁熔體中48小時(shí)，取出試樣，切開剖面，觀察，未見試樣被鋁熔.體滲透。
實(shí)施例2將1-0.5mm的鎂鋁尖晶石與混合粉按重量比為50～70/30～50混合?；旌戏塾?2～25wt％的電熔白剛玉細(xì)粉、20～35wt％的α-Al2O3微粉、20～35wt％的擬薄水鋁石細(xì)粉與硼酸粉混合，混合后AlxByOz的范圍為，x＝18、y＝4、z＝33，外加2～5wt％的硅溶膠?；旌?0～15分鐘后，在150～200MPa壓力下機(jī)壓成型。在100～110℃條件下干燥24小時(shí)，然后以100～200℃/h的升溫速度加熱到280～450℃，保溫30～200分鐘；再以100～200℃/h的升溫速度加熱至800～1600℃，保溫30～240分鐘，自然冷卻后取出。
采用X-射線衍射分析其物相組成，主要物相為硼酸鋁(9Al2O3.2B2O3)和鎂鋁尖晶石相。測(cè)得其體積密度為2.12g/cm3，顯氣孔率為40％，耐壓強(qiáng)度為40MPa，透氣度為0.56μm2。將試樣φ36×36mm浸入870℃鋁熔體中48小時(shí)，取出試樣，切開剖面，觀察，未見試樣被鋁熔體滲透。
權(quán)利要求
1.一種硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法，其特征在于將骨料與混合粉按重量比為20～90/10～80混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合5～60分鐘，成型，在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)，升溫到200～500℃保溫20～280分鐘，再升溫至700～1700℃保溫30～600分鐘，自然冷卻；其中混合粉的制備方法是，將含鋁化合物細(xì)粉與硼酸粉混合，混合后的AlxByOz為，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36，含鋁的化合物細(xì)粉由Al2O3細(xì)粉、Al2O3.3H2O細(xì)粉、Al2O3.H2O細(xì)粉組成，分別為混合粉的0～70wt％、0～80wt％、0～70wt％；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的骨料為剛玉、莫來(lái)石、礬土、鎂砂、鎂鋁尖晶石中一種或兩種或兩種以上顆粒物組成；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制制備方法，其特征在于所述的剛玉、莫來(lái)石、礬土、鎂砂、鎂鋁尖晶的粒度為5～0mm，Al2O3細(xì)粉、Al2O3.3H2O細(xì)粉、Al2O3.H2O細(xì)粉、硼酸粉的粒度小于180目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的結(jié)合劑為淀粉、粘土、樹脂、硅溶膠、鋁溶膠、聚乙烯醇、甘油、甲基纖維素中的一種或兩種或兩種以上的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的成型或?yàn)闄C(jī)壓、或?yàn)閾v打或?yàn)闈沧?，機(jī)壓成型的壓力為45～350Mpa。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的升溫的速度為50～300℃/h，再升溫的速度為50～300℃/h。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6所述的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷的制備方法所制備的硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硼酸鋁復(fù)合多孔陶瓷及其制備方法。其方案是將骨料與混合粉按重量比為20～90/10～80混合，外加1～6wt％的結(jié)合劑，混合后成型。在90～120℃條件下干燥20～30小時(shí)，升溫到200～500℃保溫20～280分鐘，再升溫至700～1700℃保溫30～600分鐘，自然冷卻。其中混合粉的制備方法是，將含鋁化合物細(xì)粉與硼酸粉混合，混合后的AlxByOz為，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36。含鋁的化合物細(xì)粉由Al
文檔編號(hào)C04B35/622GK1730427SQ20051001895
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者李遠(yuǎn)兵, 李楠 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)