專利名稱：：一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法。
背景技術(shù)：
：目前國(guó)內(nèi)外在工業(yè)及實(shí)驗(yàn)室電爐、窯爐領(lǐng)域普遍采用耐火磚以及陶瓷纖維作為保溫耐火材料。耐火磚由于結(jié)構(gòu)致密、熱容量大、熱導(dǎo)率高，不符合節(jié)能減排的發(fā)展要求。輕質(zhì)的陶瓷纖維及真空成型制品在本領(lǐng)域得到推廣。國(guó)際上主要的陶瓷纖維生產(chǎn)企業(yè)有英國(guó)Morgan摩根熱陶瓷公司、美國(guó)Unifax聯(lián)合纖維絕熱制品公司、日本Isowool伊索萊特絕熱制品公司。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模較大的陶瓷纖維生產(chǎn)企業(yè)有山東魯陽股份有限公司、南京銅井陶纖有限責(zé)任公司、湖北凱龍化工集團(tuán)股份有限公司、浙江歐斯曼晶體材料公司等。但是，陶瓷纖維在生產(chǎn)和使用過程中容易產(chǎn)生針狀的塵埃，吸入后會(huì)對(duì)肺部造成危害，國(guó)際上對(duì)陶瓷纖維企業(yè)的生產(chǎn)和使用企業(yè)有嚴(yán)格的限制，我國(guó)也逐步加強(qiáng)了對(duì)生產(chǎn)和使用陶瓷纖維的監(jiān)管。此外，采用陶瓷纖維的制品在強(qiáng)度上遠(yuǎn)低于輕質(zhì)耐火磚，因此在一些需要強(qiáng)度的領(lǐng)域無法使用。此外，我國(guó)普遍使用的陶瓷纖維為硅酸鋁質(zhì)及多晶莫來石質(zhì)，使用溫度在1500°C以下，1500°C以上的耐火纖維(氧化鋁、氧化鋯質(zhì))及制品國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)量很少，價(jià)格十分昂貴。因此，研制一種既具有耐火磚高強(qiáng)度特性，又具有陶瓷纖維低密度、低熱容量特點(diǎn)，使用溫度在1500°C以上的新型耐火保溫材料，過對(duì)于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、綠色生產(chǎn)，提高加熱爐的技術(shù)水平具有重要意義。其實(shí)，我國(guó)泡沫陶瓷主要用于冶金行業(yè)的鋼水、鋁液過濾。常見的制備方法有有機(jī)前驅(qū)體浸漬法、發(fā)泡反應(yīng)法和有機(jī)物填積燒失法等。濟(jì)南大學(xué)王志、何兆晶在現(xiàn)代技術(shù)陶瓷-2006.27(1)介紹采用有機(jī)泡沫前驅(qū)體浸漬工藝制備氧化鋁泡沫陶瓷；中南大學(xué)蘇鵬、郭學(xué)益等在湖南有色金屬-2009.25(4)介紹以氧化鋁、高嶺土等為主料，富CeO2混合稀土為改性劑，制備具有較好流變性的水基陶瓷漿料，采用有機(jī)泡沫浸漬法制備掛漿均勻的預(yù)制體，經(jīng)干燥燒結(jié)得到孔隙均勻、強(qiáng)度高的Al2O3基泡沫陶瓷(CF)；東北大學(xué)于景媛、孫旭東等/在硅酸鹽學(xué)報(bào)-2007.35(8)介紹發(fā)泡聚苯乙烯小球排列成有序的模板，通過離心成型技術(shù)制備孔壁致密、孔徑均勻的Al2O3IrO2泡沫陶瓷；山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院趙紅軍、穆念孔等在現(xiàn)代技術(shù)陶瓷-2005.26(2)對(duì)用顆粒強(qiáng)化的氧化鋁骨架合成泡沫陶瓷進(jìn)行了分析；山東理工大學(xué)唐竹興在申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710015011.7的專利中介紹將二硼化鋯-氧化鋁復(fù)合陶瓷粉體制備成陶瓷漿料，將具有一定孔徑和孔隙率的聚氨酯泡沫塑料浸漬在陶瓷漿料中，使陶瓷漿料均勻黏附在聚氨酯泡沫塑料孔的表面形成陶瓷漿料層，制備成聚氨酯泡沫塑料陶瓷坯體，依次經(jīng)干燥、脫脂后再燒成制得高溫泡沫陶瓷。中國(guó)科技成果數(shù)據(jù)庫中項(xiàng)目年度編號(hào)hg06070389的科技成果介紹了景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院開發(fā)的一種堆積發(fā)泡反應(yīng)法制備新型泡沫陶瓷。佳木斯大學(xué)的劉洪麗、鐘文武在鑄造技術(shù)-2008.29(5)中研究了納米SiC填料含量對(duì)SiOC泡沫陶瓷的抗壓強(qiáng)度、孔隙率的影響，并對(duì)泡沫陶瓷的微觀形貌進(jìn)行了分析。以上文獻(xiàn)及成果大都采用采用有機(jī)前驅(qū)體浸漬法制備泡沫陶瓷材料，其預(yù)處理過程、添加劑的選擇、燒結(jié)溫度的控制都非常麻煩，不僅成本高，而且在有機(jī)物燃燒揮發(fā)過程中會(huì)帶來大量的污染。由于孔隙是通透的，因此無法作為耐火絕熱材料應(yīng)用于工業(yè)窯爐、電爐。一些國(guó)家已經(jīng)開始采用溶膠凝膠法生產(chǎn)新型的加熱爐保溫耐火材料，如以色列的Grader教授采用溶膠凝膠法生產(chǎn)氧化鋁泡沫陶瓷，并組建Cellaris公司開始小規(guī)模生產(chǎn)。美國(guó)專利號(hào)7306762詳細(xì)介紹了該類型的泡沫陶瓷的制備方法。該方法得到了輕質(zhì)的泡沫陶瓷，既具有陶瓷纖維的輕質(zhì)特點(diǎn)，又具有耐火磚高強(qiáng)度的特點(diǎn)，且在生產(chǎn)使用過程中無對(duì)人體有害的針狀纖維。但是該方需要用到昂貴的AlCl3(Pri2O)作為原料，在燒結(jié)過程中將產(chǎn)生很難處理的商素污染物，制備成本很高，很難全面代替輕質(zhì)耐火磚和陶瓷纖維。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺點(diǎn)，而提供一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，該方法與上述現(xiàn)有制備方法相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和效果使用原料品種少，原料易得，價(jià)格便宜，成本低，且未引入任何雜質(zhì)離子；產(chǎn)率高；制備步驟簡(jiǎn)單；反應(yīng)無需大型專業(yè)設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的技術(shù)方案為1、一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、以30-200nm的氧化鋁顆粒為原料，加入占納米氧化鋁顆粒重量50-90%的去離子水和占納米氧化鋁顆粒重量的2-5%的短鏈兩親有機(jī)分子溶液，混合后裝入球磨罐；球磨罐內(nèi)加入球磨介質(zhì)瑪瑙球，球磨罐中球磨介質(zhì)、物料的體積比為11;將球磨罐放入球磨機(jī)中研磨攪拌4-12小時(shí)后，形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；(2)、將步驟(1)形成的顆粒穩(wěn)定的懸浮液從球磨罐取出，過濾球磨介質(zhì)后，稱量懸浮液的重量為W1，并向懸浮液中添加重量為20-120%Wl的不溶于水的有機(jī)溶劑，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；(3)、將步驟(2)中“水包油”結(jié)構(gòu)的微乳液注入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具內(nèi)，采用空氣或在控制溫度在25-50°C的恒溫房干燥10-15天，形成泡沫狀的樣品；(4)、將步驟(3)獲得的泡沫狀樣品放入650-900°C的燒結(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷；(5)、將步驟(4)獲得的納米氧化鋁泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出放入1350-1600°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)，得到高強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷。所述的短鏈兩親有機(jī)分子為丙酸、丁酸、戊酸或沒食子酸。所述的模具邊框外用網(wǎng)格狀不銹鋼制作，模具底部以及四周用紗布平整縫合。所述的不溶于水的有機(jī)溶劑為烷烴。所述的烷烴為庚烷、辛烷或戊烷。本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)1)使用原料品種少，成本低，回收率高，且未引入任何雜質(zhì)離子；確保了泡沫陶瓷的高純度。2)采用本發(fā)明的方法得到的納米氧化鋁泡沫孔徑分布均勻，燒結(jié)溫度低，1350度燒結(jié)就有較好的強(qiáng)的。3)本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單易行，原材料及溶劑是大規(guī)模工業(yè)化商品，價(jià)廉易得，能耗低，設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。4)由于多孔，且相互不連通，因此可以作為很好的高溫耐火保溫材料。此外該泡沫陶瓷密度低，可以通過機(jī)械加工成各種形狀，適合不同的應(yīng)用。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明實(shí)施例1稱取500g、粒度為30nm的市售99.9%納米氧化鋁，稱取400g去離子水，稱取15g純度為99.5%丙酸溶液，倒入5L的球磨罐中，加入與物料體積11的瑪瑙球，依此方法做兩個(gè)相同的球磨罐，將球磨罐放入球磨機(jī)中研磨攪拌6小時(shí)后，形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；取出每罐中懸浮液，過濾球磨介質(zhì)分別放置，其中一罐中，稱量懸浮液重量為896g，向該懸浮液中添加900g純度為98%的辛烷，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；將該微乳液注入內(nèi)部尺寸250mm*250mm*50mm的方形模具中，其中模具邊框用網(wǎng)格狀不銹鋼制作，模具底部以及四周用紗布平整縫合，將模具盒中微乳液采用空氣干燥10天后形成泡沫狀的樣品；將干燥后樣品連同模具放入800°C的燒結(jié)爐中燒結(jié)8小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷；此后，將一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出，并放入1500°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)4小時(shí)，得到高強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷，體積密度為0.44g/cm30實(shí)施例2與實(shí)施例1相同方法顆粒穩(wěn)定的懸浮液，將實(shí)施例1中的另一罐懸浮液取出，稱量懸浮液重量為898g，向該懸浮液中添加400g純度為98%的辛烷，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；將該微乳液注入與實(shí)施例1相同的模具中，將模具盒中微乳液采用空氣干燥10天后形成泡沫狀的樣品；將干燥后樣品連同模具放入800°C的燒結(jié)爐中燒結(jié)8小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷；此后，將一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出，并放入1350°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)8小時(shí)，得到高強(qiáng)度的泡沫陶瓷，體積密度為0.22g/cm3。表1是實(shí)施例1、實(shí)施例2所得的納米氧化鋁泡沫陶瓷性能測(cè)試報(bào)告。該測(cè)試報(bào)告中參數(shù)測(cè)量方法依照我國(guó)耐火材料的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T3995-2006高鋁質(zhì)隔熱耐火磚進(jìn)行。表1納米氧化鋁泡沫陶瓷性能測(cè)試<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1中可以看出，本發(fā)明制備的納米氧化鋁泡沫陶瓷具有密度低、導(dǎo)熱系數(shù)低、熱膨脹低，但強(qiáng)度高、耐火度高的特點(diǎn)。實(shí)施例3稱取500g、粒度為200nm的市售99.9%納米氧化鋁，稱取250g(250ml)去離子水，稱取12g純度為99.5%的戊酸溶液，倒入5L的球磨罐中，加入與物料體積11的瑪瑙球，將球磨罐放入球磨機(jī)中研磨攪拌4小時(shí)后，形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；稱量懸浮液重量為748g，向該懸浮液中添加150g純度為98%的戊烷，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；將該微乳液注入與實(shí)施例1相同的模具中，將模具盒中微乳液在控制溫度在50°C的恒溫房干燥10天；將干燥后樣品連通模具放入650°C的燒結(jié)爐中燒結(jié)8小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷；此后，將一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出，并放入1600°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)2小時(shí)，得到高強(qiáng)度的泡沫陶瓷，體積密度為0.32g/3cm。實(shí)施例4稱取500g、粒度為IOOnm的市售99.9%納米氧化鋁，稱取450g去離子水，稱取20g純度為99.5%的的沒食子酸溶液，倒入5L的球磨罐中，加入與物料體積11的瑪瑙球，將球磨罐放入球磨機(jī)中研磨攪拌12小時(shí)后，形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；稱量懸浮液重量為955g，向該懸浮液中添加1146g純度為98%的庚烷，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；將該微乳液注入與實(shí)施例1相同的模具中，將模具盒中微乳液在控制溫度在25°C的恒溫房干燥15天；將干燥后樣品連通模具放入900°C的燒結(jié)爐中燒結(jié)2小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的泡沫陶瓷；此后，將泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出，并放入1600°C的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)4小時(shí)，得到高強(qiáng)度的泡沫陶瓷，體積密度為0.42g/cm3。權(quán)利要求一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)、以30-200nm的氧化鋁顆粒為原料，加入占納米氧化鋁顆粒重量50-90％的去離子水和占納米氧化鋁顆粒重量的2-5％的短鏈兩親有機(jī)分子溶液，混合后裝入球磨罐；球磨罐內(nèi)加入球磨介質(zhì)瑪瑙球，球磨罐中球磨介質(zhì)、物料的體積比為1∶1；將球磨罐放入球磨機(jī)中研磨攪拌4-12小時(shí)后，形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；(2)、將步驟(1)形成的顆粒穩(wěn)定的懸浮液從球磨罐取出，過濾球磨介質(zhì)后，稱量懸浮液的重量為W1，并向懸浮液中添加重量為20-120％W1的不溶于水的有機(jī)溶劑，充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；(3)、將步驟(2)中“水包油”結(jié)構(gòu)的微乳液注入預(yù)先準(zhǔn)備好的模具內(nèi)，采用空氣或在控制溫度在25-50℃的恒溫房干燥10-15天，形成泡沫狀的樣品；(4)、將步驟(3)獲得的泡沫狀樣品放入650-900℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)，得到具有一定強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷；(5)、將步驟(4)獲得的納米氧化鋁泡沫陶瓷從不銹鋼模具中取出放入1350-1600℃的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)，得到高強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于所述的短鏈兩親有機(jī)分子為丙酸、丁酸、戊酸或者沒食子酸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于所述的模具邊框外用網(wǎng)格狀不銹鋼制作，模具底部以及四周用紗布平整縫合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于所述的不溶于水的有機(jī)溶劑為烷烴。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，其特征在于所述的烷烴為庚烷、辛烷或戊烷。全文摘要本發(fā)明涉及一種基于納米氧化鋁的泡沫陶瓷制備方法，包括以下步驟采用納米氧化鋁顆粒與去離子水及短鏈兩親有機(jī)分子溶液，進(jìn)行混合，放入球磨罐中研磨攪拌后形成顆粒穩(wěn)定的懸浮液；取出懸浮液，添加一定比例的不溶于水的有機(jī)溶劑如烷烴類物質(zhì)充分?jǐn)嚢韬笮纬伞八汀苯Y(jié)構(gòu)的微乳液；將微乳液注入預(yù)先準(zhǔn)備好的不銹鋼模具內(nèi)，干燥10-15天形成泡沫狀的樣品；在650-900℃的燒結(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)成型后，從不銹鋼模具中取出，放入1350-1600℃的高溫?zé)Y(jié)爐中燒結(jié)2-8小時(shí)，得到高強(qiáng)度的納米氧化鋁泡沫陶瓷。本發(fā)明方法設(shè)備與工藝簡(jiǎn)單，能耗低，原材料是大規(guī)模工業(yè)化商品，易于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。產(chǎn)品既具有耐火磚的高強(qiáng)度特性，又具有陶瓷纖維輕質(zhì)、保溫的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)C04B38/10GK101817693SQ201010158050公開日2010年9月1日申請(qǐng)日期2010年4月22日優(yōu)先權(quán)日2010年4月22日發(fā)明者熊友輝申請(qǐng)人:武漢楚熊科技有限公司