專利名稱：一種多孔Al₂O₃陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔Al2O3陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
多孔陶瓷結(jié)合了孔結(jié)構(gòu)和陶瓷的優(yōu)異性能，既具有發(fā)達(dá)的比表面積、低密度、低熱 導(dǎo)率和低熱容，又具有優(yōu)良的耐高溫、耐磨損、耐氣候性、抗腐蝕性和良好的剛度、一定的機(jī) 械強(qiáng)度等特性，可應(yīng)用于隔熱隔音、熔融金屬過(guò)濾、催化劑載體、汽車尾氣處理、水源凈化等 方面。目前，多孔陶瓷的應(yīng)用已拓展到了航空、醫(yī)用及生物化學(xué)等高端技術(shù)領(lǐng)域。此外，如 果將不同種類的納米粒子組裝到多孔陶瓷的孔洞內(nèi)，可以出現(xiàn)奇特的光磁電等特性，有可 能會(huì)有新的物性出現(xiàn)。因此，對(duì)多孔陶瓷的研究激發(fā)了研究者的極大興趣。多孔陶瓷的制備方法包括有機(jī)泡沫浸漬法、添加造孔劑法、發(fā)泡法、溶膠_凝膠 法、化學(xué)氣相滲透或沉積法、仿生合成法等等。有機(jī)泡沫浸漬法制備多孔陶瓷，其孔尺寸主 要取決于有機(jī)泡沫體的孔尺寸，制品形狀密度不易控制，且有機(jī)物燃燒會(huì)污染環(huán)境；添加造 孔劑法制備多孔陶瓷，其氣孔分布均勻性差，不適合制備高氣孔率的制品；發(fā)泡法對(duì)原始組 分選擇要求高，工藝條件不易控制；溶膠_凝膠法由于使用超臨界干燥設(shè)備昂貴，制備成本 高；化學(xué)氣相滲透或沉積法工藝要求嚴(yán)格，孔形態(tài)不易控制，能量消耗大；仿生合成法主要 以植物的天然多孔組織為模板，通過(guò)滲透反應(yīng)制得多孔陶瓷，但需去除生物模板，工藝繁多 且復(fù)雜，不易推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種不僅工藝簡(jiǎn)單，而且孔 的結(jié)構(gòu)獨(dú)特的多孔Al2O3陶瓷的制備方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與 2 15ml質(zhì)量濃度為30% 50%的水玻璃溶液混合均勻得混合液；2)其次，將混合液 置于模具內(nèi)進(jìn)行冷凍，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然后將樣品脫模，得多孔 Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體以5°C /min的升溫速率自室溫升至1500°C 1600°C，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫即得到多孔Al2O3陶瓷。所說(shuō)步驟2)的冷凍是將裝有混合液的模具放入真空冷凍干燥機(jī)中 于-20°C -40°C冷凍24h 72h使混合液完全凍結(jié)。所說(shuō)步驟3)的燒結(jié)是在高溫箱式電爐中進(jìn)行的。由于本發(fā)明將混合液凍結(jié)，以冰為造孔模板，對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染，且沒(méi)有添加有機(jī) 或無(wú)機(jī)化學(xué)有害物質(zhì)，屬綠色工藝；亦不需要特別的模板，也不需要如煅燒、化學(xué)刻蝕等去 除模板的過(guò)程；此外，以水玻璃為粘結(jié)劑，可大幅度提高多孔Al2O3陶瓷的強(qiáng)度，整個(gè)操作工 藝簡(jiǎn)單，投資少，便于推廣，而且按照本發(fā)明的工藝方法制得的多孔Al2O3陶瓷具有獨(dú)特的 階層狀結(jié)構(gòu)，亦可獲得多種尺度(從微米到納米)的孔結(jié)構(gòu)等。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備的多孔Al2O3陶瓷的掃描照片；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2 制備的多孔Al2O3陶瓷的掃描照片；圖3是本發(fā)明實(shí)施例3制備的多孔Al2O3陶瓷的掃描照 片。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 :1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與5ml質(zhì)量濃度為50%的水玻璃溶液混 合均勻得混合液；2)其次，將混合液置于模具內(nèi)，并將裝有混合液的模具放入真空冷凍干 燥機(jī)中于_30°C冷凍24h使混合液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然后 將樣品脫模，得多孔Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體放入高溫箱式電爐中以 5°C /min的升溫速率自室溫升至1600°C，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫 即得到多孔Al2O3陶瓷。掃描測(cè)試照片見(jiàn)圖1。由圖1可見(jiàn)，本實(shí)施例制備的多孔Al2O3陶瓷獲得了片層狀結(jié)構(gòu)的孔，層與層之間 亦存在更小的微孔。實(shí)施例2 1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與15ml質(zhì)量濃度為30%的水玻璃溶液 混合均勻得混合液；2)其次，將混合液置于模具內(nèi)，并將裝有混合液的模具放入真空冷凍 干燥機(jī)中于_30°C冷凍24h使混合液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然 后將樣品脫模，得多孔Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體放入高溫箱式電爐中以 5°C /min的升溫速率自室溫升至1600°C，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫 即得到多孔Al2O3陶瓷。掃描測(cè)試照片見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，本實(shí)施例制備的多孔Al2O3陶瓷獲得了圓形孔，孔壁上存在更小的微 孔，孔內(nèi)部亦存在著大小不同的孔。實(shí)施例3 1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與2ml質(zhì)量濃度為50%的水玻璃溶液混 合均勻得混合液；2)其次，將混合液置于模具內(nèi)，并將裝有混合液的模具放入真空冷凍干 燥機(jī)中于_40°C冷凍60h使混合液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然后 將樣品脫模，得多孔Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體放入高溫箱式電爐中以 5°C /min的升溫速率自室溫升至1550°C，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫 即得到多孔Al2O3陶瓷。掃描測(cè)試照片見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，本實(shí)施例制備的多孔Al2O3陶瓷在水玻璃溶液含量降低后，未形成片 層狀空，孔分布不均勻。實(shí)施例4 1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與IOml質(zhì)量濃度為40%的水玻璃溶液 混合均勻得混合液；2)其次，將混合液置于模具內(nèi)，并將裝有混合液的模具放入真空冷凍 干燥機(jī)中于_20°C冷凍72h使混合液完全凍結(jié)，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然 后將樣品脫模，得多孔Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體放入高溫箱式電爐中以 5°C /min的升溫速率自室溫升至1500°C，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫即得到多孔Al2O3陶瓷
權(quán)利要求
一種多孔Al2O3陶瓷的制備方法，其特征在于1)首先，取8g燒結(jié)板狀剛玉粉與2～15ml質(zhì)量濃度為30％～50％的水玻璃溶液混合均勻得混合液；2)其次，將混合液置于模具內(nèi)進(jìn)行冷凍，再將凍結(jié)后的混合液在真空下干燥徹底，然后將樣品脫模，得多孔Al2O3塊體；3)然后，將脫模的多孔Al2O3塊體以5℃/min的升溫速率自室溫升至1500℃～1600℃，保溫2h進(jìn)行燒結(jié)；4)最后，隨爐自然冷卻到室溫即得到多孔Al2O3陶瓷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔Al2O3陶瓷的制備方法，其特征在于所說(shuō)步驟2)的冷 凍是將裝有混合液的模具放入真空冷凍干燥機(jī)中于_20°C -40°C冷凍24h 72h使混合 液完全凍結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔Al2O3陶瓷的制備方法，其特征在于所說(shuō)步驟3)的燒 結(jié)是在高溫箱式電爐中進(jìn)行的。
全文摘要
一種多孔Al2O3陶瓷的制備方法，以燒結(jié)板狀剛玉粉為原料，以水玻璃溶液為粘結(jié)劑，配置成懸浮液充分?jǐn)嚢韬?，注入模具?nèi)，將其在真空冷凍干燥機(jī)中凍結(jié)，再將凍結(jié)的懸濁液在真空狀態(tài)下連續(xù)干燥徹底，然后將樣品脫模，放入高溫箱式電爐中升至1500℃-1600℃保溫2h后，隨爐自然冷卻即可。本發(fā)明由于采用真空冷凍干燥工藝，不添加任何有機(jī)或無(wú)機(jī)化學(xué)有害物質(zhì)，不需要特別的模板，它是以冰為造孔模板，冰晶升華除去后，陶瓷粒子獲得冰晶生長(zhǎng)的負(fù)的復(fù)制品的多孔微結(jié)構(gòu)，較好地遺傳了冰晶形貌，亦不需要如煅燒、化學(xué)刻蝕等去除模板的過(guò)程，不僅工藝簡(jiǎn)單，而且孔的結(jié)構(gòu)獨(dú)特，容易獲得異形孔結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C04B35/10GK101844934SQ201010196549
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者馮小明, 張營(yíng)堂, 艾桃桃 申請(qǐng)人:陜西理工學(xué)院