本發(fā)明屬于泡沫陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)超輕泡沫陶瓷坯體強(qiáng)度的方法。

背景技術(shù)：

泡沫陶瓷具有陶瓷材料和多孔材料的雙重優(yōu)點(diǎn)，因而具有輕質(zhì)、保溫、絕熱、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等許多特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于流體過濾，催化劑載體，熱、電、聲音等絕緣材料以及人工骨骼等領(lǐng)域。

漿料直接發(fā)泡法相比于其它方法，更易于制備高氣孔率泡沫陶瓷，而且其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單。直接發(fā)泡法的關(guān)鍵在于陶瓷泡沫的穩(wěn)定性，因?yàn)榕菽薮蟮谋砻婺芤约皻怏w密度低于液體而產(chǎn)生的逸出趨勢(shì)使得泡沫是一個(gè)熱力學(xué)不穩(wěn)定體系。傳統(tǒng)發(fā)泡工藝通過加入表面活性劑、蛋白質(zhì)等物質(zhì)可以提高陶瓷泡沫體系的穩(wěn)定性。近十年發(fā)展起來了一種利用陶瓷顆粒本身穩(wěn)定泡沫漿料的方法——即顆粒穩(wěn)定泡沫法。該方法是采用具有兩親性的分子修飾氧化物顆粒表面，使其具有部分疏水性從而不可逆的吸附在氣/液界面，以抵制泡沫的破裂、排液、歧化、奧斯瓦爾德熟化等不穩(wěn)定因素。該方法無需附加凝膠等輔助其固化，更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單。進(jìn)一步的，該方法可以制備具有高氣孔率的泡沫陶瓷，其氣孔率一般介于80～95％之間。

干燥后的陶瓷泡沫坯體僅靠陶瓷粉體之間的范德華引力保持坯體完整，其強(qiáng)度很低，在移動(dòng)過程中外力作用易使其破碎。特別是對(duì)顆粒穩(wěn)定泡沫法制備的泡沫坯體而言，因其具有超高氣孔率，從而強(qiáng)度非常低。因此要想實(shí)現(xiàn)超輕泡沫陶瓷特別是大尺寸泡沫陶瓷的大批量工業(yè)化生產(chǎn)，就必須要克服干燥陶瓷泡沫坯體強(qiáng)度不足的瓶頸。有報(bào)道利用硅溶膠或者利用水泥的水化反應(yīng)增強(qiáng)陶瓷泡沫坯體。但是這些方法都不可避免地引入雜質(zhì)相，弱化了泡沫陶瓷的強(qiáng)度和使用穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種增強(qiáng)超輕泡沫陶瓷坯體強(qiáng)度的方法，其特征在于，以常用陶瓷或藍(lán)晶石為粉體原料，利用聚乙烯醇冷凍解凍形成微結(jié)晶對(duì)陶瓷泡沫坯體進(jìn)行增強(qiáng)工藝得到高強(qiáng)、超輕泡沫陶瓷坯體，并通過燒結(jié)最終制備了微觀結(jié)構(gòu)均勻完整的泡沫陶瓷；本方法的前提是制備穩(wěn)定的陶瓷泡沫漿料，核心是利用聚乙烯醇冷凍解凍形成微結(jié)晶對(duì)陶瓷泡沫坯體進(jìn)行增強(qiáng)。聚乙烯醇可以在燒結(jié)過程中排除，因此不會(huì)引入雜質(zhì)相，不會(huì)弱化泡沫陶瓷的性能。本發(fā)明可以制備氣孔率在92～98％之間的超輕陶瓷泡沫坯體。所制備的超輕陶瓷泡沫坯體相比不采用增強(qiáng)手段制備的坯體而言，其強(qiáng)度得到明顯提高，完全能夠滿足生產(chǎn)需求，保證其在運(yùn)輸過程中不會(huì)被破壞。進(jìn)一步的，本發(fā)明制備的泡沫坯體具有很好的可加工性，可以對(duì)泡沫坯體進(jìn)行切割、雕刻等機(jī)械加工。對(duì)加工后的泡沫坯體進(jìn)行燒結(jié)，這樣可以有效減少燒結(jié)后坯體的機(jī)械加工量，降低了成本，因此本發(fā)明也為泡沫陶瓷的機(jī)械加工提供了一條新思路。

具體步驟如下：

(1)以常用陶瓷或藍(lán)晶石中的一種粉體制成陶瓷漿料；

(2)將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～60％的陶瓷漿料進(jìn)行球磨分散；

(3)在球磨后的漿料中加入陶瓷粉體疏水化修飾劑和聚乙烯醇，并將漿料的ph值調(diào)節(jié)至合適的范圍；

(4)通過機(jī)械攪拌對(duì)漿料進(jìn)行發(fā)泡得到顆粒穩(wěn)定泡沫；

(5)將發(fā)泡后所得泡沫漿料，立刻在-10℃下冷凍12～24h，然后在0～10℃范圍內(nèi)解凍3～12h，重復(fù)該冷凍解凍過程1～5次，得到干燥泡沫坯體；干燥泡沫坯體氣孔率介于92～98％；

(6)待陶瓷泡沫坯體干燥后在1400～1900℃的燒結(jié)溫度下進(jìn)行燒結(jié)，冷卻后得到微觀結(jié)構(gòu)均勻完整的泡沫陶瓷；所制備的泡沫陶瓷孔徑均勻，各向同性，孔徑分布在30～200μm，陶瓷晶粒之間結(jié)合良好。

所述陶瓷粉體的粒徑為50nm～4μm。

所述步驟1中陶瓷漿料為氧化鋁、氧化鋯、藍(lán)晶石、氮化硅或者碳化硅中的一種粉體制成。

所述粉體為氧化鋁、氧化鋯、藍(lán)晶石時(shí)，陶瓷粉體疏水化修飾劑為十二烷基硫酸鈉、十六烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸，疏水化修飾劑添加量為陶瓷漿料質(zhì)量的0.01～0.5wt％；聚乙烯醇添加量為陶瓷漿料質(zhì)量的0.5～1.5wt％；陶瓷漿料ph調(diào)節(jié)為4.0～6.5；上述疏水化修飾劑對(duì)相應(yīng)的陶瓷粉體進(jìn)行原位修飾，提高疏水性，從而制備穩(wěn)定的泡沫。

所述陶瓷粉體為氮化硅或碳化硅時(shí)，陶瓷粉體疏水化修飾劑為十二烷基氯化銨或者十六烷基氯化銨，添加量為陶瓷漿料質(zhì)量的0.02～0.3wt％；聚乙烯醇添加量為陶瓷漿料質(zhì)量的0.3～1.2wt％；陶瓷漿料的ph調(diào)節(jié)至9.0～11.5之間；上述疏水化修飾劑對(duì)相應(yīng)的陶瓷粉體進(jìn)行原位修飾，提高疏水性，從而制備穩(wěn)定的泡沫。

所述氧化鋁體系，聚乙烯醇的加入量為0.5～1.5wt％，其燒結(jié)溫度為1400～1600℃；所述氧化鋯體系或藍(lán)晶石體系，聚乙烯醇的加入量為0.5～1.5wt％，其燒結(jié)溫度為1300～1500℃；所述氮化硅或碳化硅體系，聚乙烯醇的加入量為0.3～1.2wt％，需要在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下燒結(jié)，其燒結(jié)溫度為1700～1900℃。

本發(fā)明的有益效果是：(1)所制備的陶瓷泡沫漿料均勻穩(wěn)定，無需采用凝膠等方式輔助固化。(2)表面活性劑和坯體增強(qiáng)劑聚乙烯醇添加量較少，燒結(jié)時(shí)無需排膠工序，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉。(3)本發(fā)明采用的增強(qiáng)陶瓷泡沫坯體的方法不會(huì)引入雜質(zhì)相，因此不會(huì)弱化泡沫陶瓷的性能。(5)所制備的超輕陶瓷泡沫坯體相比不采用增強(qiáng)手段制備的泡沫坯體而言，其強(qiáng)度得到明顯提高，能夠滿足生產(chǎn)需求，為大尺寸泡沫陶瓷的規(guī)?；a(chǎn)提供了一個(gè)方案。(6)本發(fā)明制備的泡沫坯體具有很好的可加工性，可以對(duì)泡沫坯體進(jìn)行切割、雕刻等機(jī)械加工，因此可對(duì)泡沫坯體進(jìn)行先加工再燒結(jié)，降低了泡沫陶瓷的加工成本。

附圖說明

圖1是氧化鋁泡沫坯體的宏觀照片。

圖2是氧化鋁泡沫坯體的微觀照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種增強(qiáng)超輕泡沫陶瓷坯體強(qiáng)度的方法，是以常用陶瓷或藍(lán)晶石中的一種粉體為原料，利用聚乙烯醇冷凍解凍形成微結(jié)晶對(duì)陶瓷泡沫坯體進(jìn)行增強(qiáng)工藝得到高強(qiáng)、超輕泡沫陶瓷坯體，并通過燒結(jié)最終制備了微觀結(jié)構(gòu)均勻完整的泡沫陶瓷；下面結(jié)合附圖和實(shí)施例予以說明。

實(shí)施例1

(1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的氧化鋁漿料，利用滾筒球磨機(jī)球磨2h。所述氧化鋁陶瓷粉體平均粒徑為0.41μm。

(2)在球磨后的漿料中加入相對(duì)漿料質(zhì)量0.05wt％的十二烷基硫酸鈉和1.0wt％聚乙烯醇，將漿料的ph值調(diào)節(jié)至4.5。

(3)然后將漿料在1800rmp的轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌10min進(jìn)行發(fā)泡得到顆粒穩(wěn)定泡沫。

(4)將發(fā)泡后所得泡沫漿料立刻在-10℃下冷凍20h，然后在10℃解凍6h。重復(fù)所述冷凍解凍過程2次。

(5)將干燥的陶瓷泡沫坯體以3℃/min的升溫速率加熱至1550℃，然后保溫2h。

所制備的氧化鋁泡沫坯體如圖1氧化鋁泡沫坯體的宏觀照片所示，氣孔率為97.1％，泡沫坯體微觀形貌如圖2所示。燒結(jié)后制備的氧化鋁泡沫陶瓷氣孔率為95.3％。從圖1照片可以看出本發(fā)明制備的泡沫坯體具有很好的可加工性，可以對(duì)泡沫坯體進(jìn)行切割、雕刻等機(jī)械加工；從圖2照片可以看出泡沫坯體氣孔分布均勻，各向同性，孔洞完整，陶瓷粉體間結(jié)合緊密。

實(shí)施例2

(1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的氧化鋯漿料，利用滾筒球磨機(jī)球磨4h。所述氧化鋯陶瓷粉體平均粒徑為0.76μm。

(2)在球磨后的漿料中加入相對(duì)漿料質(zhì)量0.06wt％的十六烷基硫酸鈉和1.2wt％聚乙烯醇，將漿料的ph值調(diào)節(jié)至5.1。

(3)然后將漿料在1600rmp的轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌15min進(jìn)行發(fā)泡得到顆粒穩(wěn)定泡沫。

(4)將發(fā)泡后所得泡沫漿料立刻在-10℃下冷凍24h，然后在10℃解凍4h。重復(fù)所述冷凍解凍過程3次。

(5)將干燥的陶瓷泡沫坯體以3℃/min的升溫速率加熱至1400℃，然后保溫2h。

所制備的氧化鋯泡沫坯體氣孔率為95.9％，燒結(jié)后制備的氧化鋯泡沫陶瓷氣孔率為93.4％.

實(shí)施例3

(1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的藍(lán)晶石漿料，利用滾筒球磨機(jī)球磨5h，藍(lán)晶石粉體平均粒徑為0.98μm。

(2)在球磨后的漿料中加入相對(duì)漿料質(zhì)量0.05wt％的十二烷基硫酸鈉和0.8wt％聚乙烯醇，將漿料的ph值調(diào)節(jié)至6.0。

(3)然后將漿料在1800rmp的轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌10min進(jìn)行發(fā)泡得到顆粒穩(wěn)定泡沫。

(4)將發(fā)泡后所得泡沫漿料立刻在-10℃下冷凍24h，然后在10℃解凍3h。重復(fù)所述冷凍解凍過程3次。

(5)將干燥的陶瓷泡沫坯體以3℃/min的升溫速率加熱至1450℃，然后保溫2h。

所制備藍(lán)晶石泡沫坯體氣孔率為94.8％，燒結(jié)后制備的泡沫陶瓷氣孔率為92.2％。

實(shí)施例4

(1)配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的氮化硅漿料，利用滾筒球磨機(jī)球磨4h。氮化硅粉體平均粒徑為0.33μm。

(2)在球磨后的漿料中加入相對(duì)漿料質(zhì)量0.13wt％的十六烷基氯化銨和0.7wt％聚乙烯醇，將漿料的ph值調(diào)節(jié)至11.2。

(3)將漿料在1400rmp的轉(zhuǎn)速下機(jī)械攪拌10min進(jìn)行發(fā)泡得到氮化硅顆粒穩(wěn)定泡沫。

(4)將發(fā)泡后所得泡沫漿料立刻在-10℃下冷凍24h，然后在10℃解凍4h。重復(fù)所述冷凍解凍過程3次。

(5)將干燥的陶瓷泡沫坯體在氮?dú)鉅t內(nèi)以3℃/min的升溫速率加熱至1750℃，然后保溫3h。

所制備的氮化硅泡沫坯體氣孔率為93.9％，燒結(jié)后制備的氮化硅泡沫陶瓷氣孔率為86.9％。