本發(fā)明屬于無機材料技術領域，具體涉及具有高強度、低密度、低熱導率的無機多孔材料的制備方法，尤其是涉及一種輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷的制備方法。

背景技術：

多孔氧化物陶瓷結合了泡沫材料和氧化物陶瓷的優(yōu)點，具有保溫絕熱性能好，密度小，耐高溫、耐腐蝕、高溫狀態(tài)下化學穩(wěn)定等許多特點。其中，氧化鋯增強氧化鋁陶瓷是一種綜合性能優(yōu)良的工程材料，在工程領域廣泛應用，摻雜少量氧化物穩(wěn)定的四方氧化鋯陶瓷在外力作用下還具有誘導相轉變而增韌的特點。更重要的是，氧化鋯陶瓷的本征導熱系數(shù)很低，常溫下只有2W/K·m，相比于常見的氧化物陶瓷在保溫性能上具有明顯的優(yōu)勢。

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對高溫耐火保溫材料的阻熱性能提出了更高的要求，提高多孔材料的氣孔率相比于其他方法是最直接也是最廉價的方法，因此進一步降低多孔材料的導熱系數(shù)一直是研究的熱點。具有超高氣孔率的氣凝膠的出現(xiàn)使其成為耐火保溫領域中絕熱性能最好的一類產(chǎn)品。然而氣凝膠需要超臨界干燥，制備成本高昂，而且還存在機械強度低，難以制備大尺寸塊材等一系列問題。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明開發(fā)了一種具有閉孔結構的多孔陶瓷，其超高的氣孔率和保溫性能可以與無機氣凝膠相媲美。而且其制備工藝簡單，成本較低，具有很好的應用價值。本發(fā)明將致密陶瓷領域常見的氧化鋯增強氧化鋁陶瓷原理應用于高氣孔率多孔陶瓷的制備，有效提高了其機械強度。此外，本發(fā)明將金屬鑄造領域中常用的二氧化硅溶膠增強型殼強度的方法應用于陶瓷直接發(fā)泡環(huán)節(jié)，有效提高了干燥陶瓷泡沫坯體的強度。

本發(fā)明采用技術方案如下，一種輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)配制總固相含量為7～45wt％的氧化鋯、氧化鋁和二氧化硅溶膠的混合漿料，并進行球磨。

2)將球磨好的上述漿料調節(jié)pH，加入漿料總量0.006～0.8wt％的粉體疏水化修飾劑，以提高陶瓷粉體的疏水性。

3)將所得漿料進行發(fā)泡得到氧化鋁和氧化鋯粉體均勻混合的顆粒穩(wěn)定泡沫漿料，然后在石膏板上注模，干燥,

4)將步驟3)所得的干燥坯體在1300～1650℃燒結。

進一步，步驟1)中所述漿料含有氧化鋯1.8～15wt％,氧化鋁5～35wt％，二氧化硅溶膠顆粒0.2～0.5wt％。所述氧化鋯和氧化鋁粉體粒徑為50nm～5μm，所述二氧化硅溶膠顆粒粒徑為15～30nm。

優(yōu)選的，所述氧化鋯為氧化銥穩(wěn)定的四方氧化鋯。

進一步，所述粉體疏水化修飾劑為癸酸、十六烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種。選擇癸酸時，漿料的pH調節(jié)至4.5～5.5之間；選擇十六烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉或十八硫酸鈉時，漿料的pH調節(jié)至3.0～9.5之間。

進一步，步驟3)中所述發(fā)泡采用機械攪拌法，所述干燥的方法選用在石膏板上常溫常壓干燥、40～70℃的烘箱干燥或間歇式微波干燥。在不追求干燥效率的時候，優(yōu)選在石膏板上常溫常壓干燥。

上述方法制備的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷，其氣孔率為87.4～98.7％?？箟簭姸仁窍嗤瑲饪茁氏碌难趸X多孔陶瓷抗壓強度的1.5～1.9倍。導熱系數(shù)介于0.04～0.28W/K·m之間。

本發(fā)明的有益效果是：①使用本發(fā)明所用的粉體疏水化修飾劑，通過調節(jié)pH至規(guī)定值可實現(xiàn)同時對氧化鋁和氧化鋁粉體表面的疏水化改性從而制備超穩(wěn)定的陶瓷顆粒泡沫漿料，無需采用凝膠等方式輔助固化，且粉體疏水化修飾劑添加量少，燒結時無需排膠工序。②創(chuàng)新性地將鑄造領域常用的硅溶膠應用于泡沫陶瓷的成型，提高了干燥泡沫坯體的強度。③創(chuàng)新性地將致密陶瓷制備領域中的氧化鋯增韌氧化鋁原理應用在多孔陶瓷制備領域，大大提高了其機械強度。④所述多孔氧化鋯增強氧化鋁陶瓷密度小、導熱系數(shù)低，可以作為性能優(yōu)良的保溫耐火材料在工程領域推廣應用。⑤氣孔率最高的樣品在氣孔率保溫性能上可以與無機氣凝膠媲美，同時又克服了氣凝膠強度低、應用受限、難以制備大尺寸塊材等問題，因而可以在部分領域作為低成本無機多孔材料取代氣凝膠。⑥通過調節(jié)粉體疏水化修飾劑種類及數(shù)量、粉體固相含量、pH值、燒結溫度等參數(shù)可以實現(xiàn)對氧化鋯增韌氧化鋁多孔陶瓷微觀結構、氣孔率、導熱系數(shù)、抗壓強度等性能的精確調控，可以精確產(chǎn)出所需性能的多孔陶瓷。⑦本發(fā)明工藝流程簡單，成本低廉，可以制備較大尺寸的塊材(如圖1所示)，每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)不產(chǎn)生有毒、有害物質。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法生產(chǎn)的輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷照片。

圖2是本發(fā)明方法中輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷的干燥泡沫坯體的微觀照片。

圖3是本發(fā)明方法生產(chǎn)的輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷燒結后的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷微觀照片。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。

圖1是本發(fā)明方法生產(chǎn)的輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷照片。圖2是本發(fā)明方法中輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷的干燥泡沫坯體的微觀照片。可以看到硅凝膠填充了陶瓷顆粒之間的縫隙，因此粉體在硅凝膠的膠結作用下得以均勻而又緊密的排列，使得干燥泡沫坯體的強度有效提高。圖3是本發(fā)明方法生產(chǎn)的輕質高強氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷燒結后的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷微觀照片。其中白色晶粒為氧化鋯，灰色晶粒為氧化鋁。氧化鋯粉體和氧化鋁粉體在漿料中混合均勻，氧化鋯晶粒均勻嵌入氧化鋁晶粒中，起到增韌和釘扎的作用，因此抗壓強度相比同氣孔率下的多孔氧化鋁陶瓷得到有效提高。

實施例1

(1)配制固相含量為4wt％氧化鋯(D₅₀＝0.6μm)、16wt％氧化鋁(D₅₀＝0.5μm)、0.3wt％的二氧化硅溶膠(D₅₀＝20nm)的混合漿料，利用滾筒球磨機球磨4h。；

(2)在上述球磨后的漿料中加入0.05wt％的癸酸，然后用稀鹽酸調節(jié)pH至5.1。

(3)利用機械攪拌機在1800rmp轉速下攪拌發(fā)泡10min得到陶瓷顆粒穩(wěn)定泡沫漿料，在石膏板上注模脫模并在常溫常壓下干燥24h。

(4)將完全干燥后的干燥泡沫坯體以5℃/min的升溫速率最高加熱至1400℃，保溫2h。

所制備的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷氣孔率為96.7％，抗壓強度為1.12MPa，抗壓強度是相同氣孔率的多孔氧化鋁陶瓷的1.9倍。導熱系數(shù)為0.08W/K·m。

實施例2

(1)配制固相含量為9.5wt％氧化鋯(D₅₀＝0.6μm)、35wt％氧化鋁(D₅₀＝0.5μm)、0.5wt％的二氧化硅溶膠(D₅₀＝20nm)的混合漿料，利用滾筒球磨機球磨6h。；

(2)在上述球磨后的漿料中加入0.8wt％的十六烷基硫酸鈉，然后用稀鹽酸調節(jié)pH至4.0。

(3)利用機械攪拌機在1600rmp轉速下攪拌發(fā)泡10min得到陶瓷顆粒穩(wěn)定泡沫漿料，在烘箱50℃干燥4h。

(4)將完全干燥后的干燥泡沫坯體以5℃/min的升溫速率最高加熱至1450℃，保溫2h。

所制備的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷氣孔率為87.4％，抗壓強度為11.6MPa，抗壓強度是相同氣孔率的多孔氧化鋁陶瓷的1.6倍。導熱系數(shù)為0.28W/K·m。

實施例3

(1)配制固相含量為1.8wt％氧化鋯(D₅₀＝0.2μm)、5wt％氧化鋁(D₅₀＝0.2μm)、0.2wt％的二氧化硅溶膠(D₅₀＝20nm)的混合漿料，利用滾筒球磨機球磨1h。；

(2)在上述球磨后的漿料中加入0.006wt％的十二烷基硫酸鈉，然后用稀鹽酸調節(jié)pH至5.5。

(3)利用機械攪拌機在1900rmp轉速下攪拌發(fā)泡10min得到陶瓷顆粒穩(wěn)定泡沫漿料，在石膏板上注模脫模并在常溫常壓下干燥24h。

(4)將完全干燥后的干燥泡沫坯體以5℃/min的升溫速率最高加熱至1350℃，保溫2h。

所制備的氧化鋯增強氧化鋁多孔陶瓷氣孔率為98.7％，抗壓強度為0.02MPa，抗壓強度是相同氣孔率的多孔氧化鋁陶瓷的1.5倍。導熱系數(shù)為0.04W/K·m。

以上對本發(fā)明進行了詳細說明，顯然，只要實質上沒有脫離本發(fā)明的發(fā)明點及效果、對本領域的技術人員來說是顯而易見的變形，也均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。