專利名稱：一種輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于納米材料和結構陶瓷材料交叉學科領域，特別是一種輕質(zhì)納米微孔陶 瓷的制備方法。
背景技術：
英國著名材料學家Cahn在《Nature》雜志上撰文指出納米陶瓷是解決陶瓷脆性 的戰(zhàn)略途徑。納米陶瓷是指顯微結構中，晶粒、晶界以及它們之間的結合都處在納米尺寸水 平的陶瓷材料，由于納米陶瓷晶粒的細化，晶界數(shù)量大幅度增加，可以使材料的強度、韌性 與超塑性大為提高，從而對材料的力學、電學、光學、熱學、磁學等性能產(chǎn)生重要影響。目前 用于制備納米陶瓷的納米粉體主要有以下幾種方法1.液體處理，如溶膠凝膠法。2.氣相 處理，以化學氣相凝聚法(CVC法)為例?；瘜W氣相凝聚法是利用氣相原料在氣相中通過化 學反應形成基本粒子并進行冷凝聚合成納米微粒的方法3.固相處理，以高能球磨法為例， 它是利用球磨的轉(zhuǎn)動或震動，使硬球?qū)υ线M行強烈的撞擊、研磨和攪拌，把粉末粉碎為納 米級微粒的方法。這些方法普遍存在生產(chǎn)周期長，反應條件復雜，或能源消耗較多的缺點。近年來多孔陶瓷制備技術有了長足的進展，但是目前仍存在一些亟待解決的問 題，譬如制造成本的降低問題、精確控制孔徑的尺寸問題、孔隙率與強度的關系問題、凝膠 注模的毒性問題等。從目前多孔陶瓷的制備來看，單一制備技術往往不能滿足目前的性能 指標需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能源消耗少、生產(chǎn)周期短的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備 方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為一種輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，包括以 下步驟步驟1、將原料、原生礦物與炸藥相混合，并將上述混合后的物料裝入密閉爆轟容 器中，置入雷管，之后用防水材料將物料和雷管密封；步驟2、向密閉爆轟容器中充入水作為保壓和冷卻介質(zhì)；步驟3、引爆雷管；步驟4、收集爆轟后的產(chǎn)物并過篩；步驟5、對過篩后的產(chǎn)物進行單相熱壓燒結。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其顯著優(yōu)點1)本發(fā)明通過爆轟反應瞬間提供的巨大能 量沖擊粉碎原材料從而獲得用于納米陶瓷制備的納米粉體，消耗能源極少，反應時間極短， 對生產(chǎn)效率的提高和效益的的改善具有重大意義。2)不需額外添加造孔劑，采用TNT/RDX 混合炸藥為原料，利用負氧平衡條件下在充有水介質(zhì)的密閉容器中爆炸產(chǎn)生的瞬時超高溫 高壓，使TNT釋放的自由碳原子重排、聚集、晶化后形成的納米碳集聚體。這些納米碳集聚 體均勻分散在被粉碎的原料中，在坯料燒結過程中，被氧化成二氧化碳揮發(fā)，在燒成的陶瓷中形成均勻，孔徑分布窄的微孔。3)陶瓷的孔隙率和孔徑可通過調(diào)節(jié)原材料與炸藥的配比 從而調(diào)整碳集聚體的粒徑和數(shù)量得以調(diào)節(jié)。4)由于納米粉體的燒結溫度低于常規(guī)塊體材 料，因此本發(fā)明中的納米陶瓷可在比普通陶瓷低幾百度的溫度下完成燒結，這樣不僅可以 節(jié)省大量寶貴的能源，同時也利于環(huán)境的凈化。5)本發(fā)明制備的納米微孔陶瓷孔隙率高，孔 徑小且分布均勻，孔徑及孔隙率可調(diào)，保溫、吸音性能好，強度高，可廣泛應用于各種墻體、 屋頂、地板的隔熱、隔音和保溫材料；高架輕軌、高速公路、鐵路的隔音屏障；高溫潮濕、酸 堿腐蝕并有氣流沖擊的惡劣工礦環(huán)境的防腐內(nèi)襯；易燃、易潮及化學侵蝕等苛刻環(huán)境下的 隔熱、保溫工程。下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的描述。


附圖為本發(fā)明的爆轟裝置示意圖。
具體實施例方式結合附圖，本發(fā)明的一種輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟步驟1、 將原料、原生礦物與炸藥相混合，并將上述混合后的物料3裝入密閉爆轟容器7中，置入雷 管2，之后用防水材料將物料和雷管密封；上述原料為廢淤泥、廢陶瓷、廢礦渣中的一種或 兩種及以上的混合，原料的質(zhì)量百分比為50% 75% ；原生礦物為長石、高嶺土、粘土中 的一種或兩種及以上的混合，原生礦物的質(zhì)量百分比為20% -45% ；炸藥的質(zhì)量百分比為
-15%。所述的防水材料包括油紙、塑料膜；炸藥包括三硝基甲苯、硝酸銨硝化纖維、硝 化甘油、黑索金、三硝基甲苯/黑索金。炸藥優(yōu)選TNT/RDX(三硝基甲苯/黑索金)，其中 TNT/RDX的質(zhì)量比為30/70 70/30。步驟2、向密閉爆轟容器中充入水5作為保壓和冷卻介質(zhì)；步驟3、通過導線6引爆雷管2 ；爆轟溫度為2000 3000K，壓強為20 30GPa。步驟4、打開放氣閥4放掉密閉容器7中的氣體，之后打開容器蓋1收集爆轟后的 產(chǎn)物并過篩；過篩時篩子的孔目為100目或100目以上。根據(jù)所需孔徑尺寸調(diào)節(jié)所用篩子 的孔目。步驟5、對過篩后的產(chǎn)物進行單相熱壓燒結。進行單相熱壓燒結的溫度為 8500C -1150°C。納米粉體的尺寸取決于爆轟壓力，可通過爆轟反應中炸藥的含量和配比進行調(diào) 節(jié)。本發(fā)明的另一特點是不需額外添加造孔劑。采用TNT/RDX混合炸藥為原料，經(jīng)示蹤原 子的方法證實TNT是碳源，即只有TNT分子中的碳生成的游離碳才能轉(zhuǎn)化為金剛石，而RDX 只起著產(chǎn)生高壓的作用。TNT炸藥是一種“負氧”炸藥，其分子式為C7H5N3O6，在爆炸過程中， 其化學反應式為C7H5N3O6 — 2. 5H20+3. 5C0 個 +1. 5N2 個 +3. 5CC7H5N3O6 — 2· 5Η20+1· 75C02 個 +1. 5N2 個 +5. 25C利用負氧平衡條件下在充有水介質(zhì)的密閉容器中爆炸產(chǎn)生的瞬時超高溫高壓，使 TNT釋放的自由碳原子重排、聚集、晶化后形成的納米碳集聚體。這些納米碳集聚體均勻分 散在被粉碎的原料中，在坯料燒結過程中，被氧化成二氧化碳揮發(fā)，在燒成的陶瓷中形成均勻，孔徑分布窄的微孔。下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述實施例1在容積為IM3的彈筒中注入0. 4M3水作為保護和冷卻介質(zhì)，將7份炸藥(TNT/RDX 質(zhì)量比為70/30)，40份氧化鋁含量為19 %、氧化硅含量為74%的廢陶瓷，30份廢淤泥，及 23份粘土破碎攪拌混合，與一發(fā)8#雷管用塑料袋封裝后懸于筒中，點火爆轟，收集爆炸后 的產(chǎn)物過100目篩子除去其中的金屬導線、膠布殘片等雜質(zhì)，于850°C單相熱壓燒結制得密 度為0. 44kg/m3、氣孔率為65%、孔徑大小為600nm的納米微孔陶瓷、抗壓強度為8. 2MPa。實施例2在容積為2M3的彈筒中注入0. 8M3水作為保護和冷卻介質(zhì)，將15份炸藥(TNT/RDX 質(zhì)量比為30/70)，25份氧化鋁含量為15%、氧化硅含量為70%的廢礦渣，30份廢淤泥，20 份高嶺土、10份粘土破碎攪拌混合，與一發(fā)8#雷管用塑料袋封裝后懸于筒中，點火爆轟，收 集爆炸后的產(chǎn)物過100目篩子除去其中的金屬導線、膠布殘片等雜質(zhì)，于950°C單相熱壓燒 結制得密度為0. 32kg/m3、孔徑大小為20nm的納米微孔陶瓷、抗壓強度為3. 4MPa。實施例3在容積為IOM3的彈筒中注入4M3水作為保護和冷卻介質(zhì)，將1份炸藥(TNT/RDX質(zhì) 量比為50/50)，50份氧化鋁含量為16%、氧化硅含量為66%的廢陶瓷，25份廢礦渣，24份 長石破碎攪拌混合，與一發(fā)8#雷管用塑料袋封裝后懸于筒中，點火爆轟，收集爆炸后的產(chǎn) 物過100目篩子除去其中的金屬導線、膠布殘片等雜質(zhì).于1150°C單相熱壓燒結制得密度 為0. 60kg/m3、孔徑大小為150nm的納米微孔陶瓷、抗壓強度為15. OMPa0實施例4在容積為IOM3的彈筒中注入4M3水作為保護和冷卻介質(zhì)，將5份炸藥(TNT/RDX質(zhì) 量比為50/50)，20份氧化鋁含量為16%、氧化硅含量為66%的廢陶瓷，30份廢礦渣，45份 長石破碎攪拌混合，與一發(fā)8#雷管用塑料袋封裝后懸于筒中，點火爆轟，收集爆炸后的產(chǎn) 物過100目篩子除去其中的金屬導線、膠布殘片等雜質(zhì).于1150°C單相熱壓燒結制得密度 為0. 32kg/m3、孔徑大小為20nm的納米微孔陶瓷、抗壓強度為3. 4MPa。實施例5在容積為IM3的彈筒中注入0. 4M3水作為保護和冷卻介質(zhì)，將10份炸藥(TNT/RDX 質(zhì)量比為70/30)，40份氧化鋁含量為19 %、氧化硅含量為74%的廢陶瓷，30份廢淤泥，及 20份粘土破碎攪拌混合，與一發(fā)8#雷管用塑料袋封裝后懸于筒中，點火爆轟，收集爆炸后 的產(chǎn)物過100目篩子除去其中的金屬導線、膠布殘片等雜質(zhì)，于850°C單相熱壓燒結制得密 度為0. 44kg/m3、孔徑大小為600nm的納米微孔陶瓷、抗壓強度為8. 3MPa。
權利要求
一種輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1、將原料、原生礦物與炸藥相混合，并將上述混合后的物料裝入密閉爆轟容器中，置入雷管，之后用防水材料將物料和雷管密封；步驟2、向密閉爆轟容器中充入水作為保壓和冷卻介質(zhì)；步驟3、引爆雷管；步驟4、收集爆轟后的產(chǎn)物并過篩；步驟5、對過篩后的產(chǎn)物進行單相熱壓燒結。
2.根據(jù)權利要求1所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟1中的原 料為廢淤泥、廢陶瓷、廢礦渣中的一種或兩種及以上的混合，原料的質(zhì)量百分比為50% 75% ；原生礦物為長石、高嶺土、粘土中的一種或兩種及以上的混合，原生礦物的質(zhì)量百分 比為20% -45% ；炸藥的質(zhì)量百分比為-15%。
3.根據(jù)權利要求1所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟1中所述的 防水材料包括油紙、塑料膜。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟1中的 炸藥包括三硝基甲苯、硝酸銨硝化纖維、硝化甘油、黑索金、三硝基甲苯/黑索金。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟1中的 炸藥為TNT/RDX(三硝基甲苯/黑索金)，其中TNT/RDX的質(zhì)量比為30/70 70/30。
6.根據(jù)權利要求1所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟4中過篩時 篩子的孔目為100目或100目以上。
7.根據(jù)權利要求1所述的輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，其特征在于，步驟5進行單相 熱壓燒結的溫度為850°C -1150°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種輕質(zhì)納米微孔陶瓷的制備方法，首先將原料、原生礦物與炸藥相混合，并將上述混合后的物料裝入密閉爆轟容器中，置入雷管，之后用防水材料將物料和雷管密封；接著向密閉爆轟容器中充入水作為保壓和冷卻介質(zhì)；引爆雷管并收集爆轟后的產(chǎn)物，之后對收集的產(chǎn)物過篩；最后對過篩后的產(chǎn)物進行單相熱壓燒結。本發(fā)明通過爆轟反應瞬間提供的巨大能量沖擊粉碎原材料從而獲得用于納米陶瓷制備的納米粉體，消耗能源極少，反應時間極短，對生產(chǎn)效率的提高和效益的改善具有重大意義。
文檔編號C04B35/622GK101962298SQ201010150470
公開日2011年2月2日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2010年4月20日
發(fā)明者丁錫峰, 崔崇, 張士華, 彭東文, 江金國, 王雄, 石曉琴, 賴建中, 鄒友生, 陳 光 申請人:無錫南理工科技發(fā)展有限公司