保持5-10分鐘，直到漿料全部凝固成巧體;在定向冷凍過程中，塑料模具 的外面包覆一層絕熱材料；
[0化4] (5)將凝固的巧體放到真空干燥機里，在-30~-2°c，2~20化的環(huán)境中保持18~48 小時，使凝固的固體溶劑升華，對巧體干燥;所述的凝固的固體溶劑為水和叔下醇；
[0化5] (6)將巧體放入管式爐中，W2~l(TC/min的升溫速率升溫至1300~150(TC保溫2 ~4小時，其中在200~400°C保溫0.5~2.0小時，W達到對PVA、PVB等有機物的分解，整個燒 結過程在空氣氣氛中，標準大氣壓下完成，不需要保護性氣體，燒結完成后隨爐冷卻后取出 樣品，即得到多孔莫來石陶瓷材料。
[0056] WTBA為溶劑，制備的多孔莫來石具有定向排列的通道孔結構，孔徑5-30皿，微觀 結構上有棒狀莫來石晶體生成，它們相互交錯形成小于扣m的小孔，運使得制備的莫來石具 有開孔結構。W水為溶劑，制備的多孔莫來石具有片層狀孔隙結構，孔隙寬度5-40WH，運些 片層狀孔隙結構局部排列整齊，但是從宏觀上看是相互交錯的，微觀結構上同樣有相互交 錯的棒狀莫來石和小孔生成，和TBA溶劑類似。
[0057] 表1為制備的莫來石材料的孔隙率和力學性能，其中抗壓強度是沿著冷凍方向測 定。
[0化引 表1 [0化9]
[0060]實施例1.將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100:0的比例混合均勻，然后與溶液(叔 下醇(TBA) +0.5wt. %聚乙締醇縮下醒(PVB) +0.. %硬脂酸）按體積比1:10混合，制備得 到均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮(-196°C)定向冷凍，然后 轉入冷凍干燥機中在-30°C，20Pa環(huán)境下放置48小時使固態(tài)的TBA升華排出得到圓柱形多孔 巧體，將生巧放入管式爐中，W2°C/min的升溫速率升溫至1300°C保溫4小時，整個燒結過程 通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，200°C保溫2小時，W達到對PVB等有機物的分解，燒 結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為80%，體積密度0.57g/cm 3，抗壓強度5.4MPa 的多孔莫來石陶瓷材料。
[0061 ]實施例2 .將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100: 20的比例混合均勻，然后與溶液 (叔下醇TBA+1.. %聚乙締醇縮下醒PVB+0.6wt. %硬脂酸)按體積比1:7混合，制備得到 均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮+干冰(-170°C)定向冷凍，然 后轉入冷凍干燥機中在-25°C，16Pa環(huán)境下放置42小時使固態(tài)的TBA升華排出得到圓柱形多 孔巧體，將生巧放入管式爐中，W3°C/min的升溫速率升溫至1300°C保溫4小時，整個燒結過 程通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，200°C保溫2小時，W達到對PVB等有機物的分解， 燒結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為68%，體積密度Ig/cm 3,抗壓強度37MPa的 多孔莫來石陶瓷材料。
[0062] 實施例3.將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100:40的比例混合均勻，然后與溶液 (叔下醇TBA+2. Owt. %聚乙締醇縮下醒PVB+1. Owt. %硬脂酸)按體積比1:4混合，制備得到 均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮+干冰(-150°C)定向冷凍，然 后轉入冷凍干燥機中在-20°C，13Pa環(huán)境下放置36小時使固態(tài)的TBA升華排出得到圓柱形多 孔巧體，將生巧放入管式爐中，W4°C/min的升溫速率升溫至1400°C保溫3小時，整個燒結過 程通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，300°C保溫1.0小時，W達到對PVB等有機物的分 解，燒結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為60%，體積密度1.23g/cm 3,抗壓強度 49.4MPa的多孔莫來石陶瓷材料。
[0063] 實施例4.將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100:50的比例混合均勻，然后與溶液 (水+2wt. %聚乙締醇PVA+0.5wt. %-水合巧樣酸)按體積比1:10混合，W10化/min室溫攬 拌2小時，制備得到均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮+干冰(-120 °C )定向冷凍，然后轉入冷凍干燥機中在-10 °C，1 OPa環(huán)境下放置30小時使固態(tài)的TBA升 華排出得到圓柱形多孔巧體，將生巧放入管式爐中，W6°C/min的升溫速率升溫至1400°C保 溫3小時，整個燒結過程通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，300°C保溫1.0小時，W達到 對PVA等有機物的分解，燒結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為83 %，體積密度 0.49g/cm3，抗壓強度3.4M化的多孔莫來石陶瓷材料。
[0064] 實施例5 .將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100:60的比例混合均勻，然后與溶液 (水+3wt. %聚乙締醇PVA+1. Owt. % -水合巧樣酸)按體積比1:6混合，W15化/min室溫攬拌 2小時，制備得到均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮+干冰(-100 °C)定向冷凍，然后轉入冷凍干燥機中在-5 °C，5化環(huán)境下放置24小時使固態(tài)的TBA升華排出 得到圓柱形多孔巧體，將生巧放入管式爐中，W8°C/min的升溫速率升溫至1500°C保溫2小 時，整個燒結過程通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，400°C保溫0.5小時，W達到對PVA 等有機物的分解，燒結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為72%，體積密度0.88g/ cm3，抗壓強度12. SMPa的多孔莫來石陶瓷材料。
[0065] 實施例6.將煤桿石和Al2〇3粉末按照質量比100:72.88的比例混合均勻，然后與溶 液(水+4wt. %聚乙締醇PVA+2.0wt. %-水合巧樣酸)按體積比1:4混合，W2(K)r/min室溫攬 拌2小時，制備得到均勻漿料，將漿料注入圓柱形塑料模具，放在銅柱上，使用液氮+干冰(-80°C)定向冷凍，然后轉入冷凍干燥機中在-2°C，2化環(huán)境下放置18小時使固態(tài)的TBA升華排 出得到圓柱形多孔巧體，將生巧放入管式爐中，W1 (TC/min的升溫速率升溫至1500°C保溫2 小時，整個燒結過程通空氣完成，不需要保護性氣體，其中，40(TC保溫0.5小時，W達到對 PVA等有機物的分解，燒結完成后隨爐冷卻后取出樣品，得到孔隙率為67%，體積密度 0.98g/cm3，抗壓強度16MPa的多孔莫來石陶瓷材料。
【主權項】
1. 一種高孔隙率定向孔結構多孔莫來石材料，其特征是：多孔莫來石材料:原料組成比 例為每l〇〇g煤矸石加入0-72.88g Al2〇3粉末，控制原料中Al2〇3的質量分數(shù)為50-72%;制備 的莫來石孔隙為定向孔道結構。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種高孔隙率定向孔結構多孔莫來石材料，其特征是:所述的 莫來石孔道的孔隙率在60%~83%之間。3. 權利要求1所述的一種高孔隙率定向孔結構多孔莫來石材料的制備方法，其特征是： 多孔莫來石的制備方法:包括漿料的制備，漿料的定向冷凍，冷凍坯體的低溫低壓干燥和生 坯的燒結； 具體工藝步驟如下： (1) 將煤矸石和Al2〇3粉末按照每100g煤矸石加入0_72.88g Al2〇3粉末的比例在酒精介 質中球磨混合均勻，并干燥； (2) 配制兩種溶液：1)叔丁醇+ 0.5-2.0 wt. %聚乙稀醇縮丁醛+0.2-1.0 wt. %硬脂 酸;其中：叔丁醇作溶劑，聚乙烯醇縮丁醛作粘結劑，硬脂酸作分散劑；Π )水+2-4 wt.%聚 乙烯醇+0.5-2.0 wt. % -水合檸檬酸;其中：水作溶劑，PVA作粘結劑，一水合檸檬酸作分 散劑； (3) 將步驟(1)中混合干燥好的粉末加入到兩種不同的溶液中，粉末和溶液按照體積比 1:10到1:4混合，以100-200r/min室溫攪拌2小時，混合均勻，配制成漿料； (4) 將混合好的漿料倒入塑料模具中，將模具放到實心銅柱上，銅柱用-196~-80°C的液 氮+干冰降溫，通過干冰調節(jié)液氮的溫度，液氮浸沒銅柱底部10_20mm處，將盛裝漿料的模具 放在銅柱上保持5-10分鐘，直到漿料全部凝固成坯體;在定向冷凍過程中，塑料模具的外面 包覆一層絕熱材料； (5) 將凝固的坯體放到真空干燥機里，在-30~-2°C，2~20Pa的環(huán)境中保持18~48小時，使 凝固的固體溶劑升華，對坯體干燥;所述的凝固的固體溶劑為水和叔丁醇； (6) 將坯體放入管式爐中，以2~10°C/min的升溫速率升溫至1300~1500°C保溫2~4小時， 其中在200~400 °C保溫0.5~2.0小時，以達到對叔丁醇、聚乙烯醇縮丁醛有機物的分解，整個 燒結過程在空氣氣氛中，標準大氣壓下完成，不需要保護性氣體，燒結完成后隨爐冷卻后取 出樣品，即得到多孔莫來石陶瓷材料。
【專利摘要】一種高孔隙率定向孔結構多孔莫來石材料及其制備方法，屬于制備多孔莫來石材料及其工藝方法。該方法采用冷凍干燥技術，結合燒結工藝，步驟包括：將煤矸石和Al2O3粉末混合，分別與叔丁醇基(TBA)或水基溶液按一定體積比混合成均勻漿料，通過流動成型注入塑料模具中用-196～-80℃液氮定向冷凍，然后低溫-30～-2℃，低壓2～20Pa環(huán)境中干燥，最后在空氣中1300～1500℃燒結，制備的莫來石孔隙率60-83％，孔隙結構定向整齊排列，得到多孔莫來石陶瓷材料。優(yōu)點：(1)得到高孔隙率、孔通道定向排列的多孔莫來石陶瓷；(2)粘結劑的加入使冷凍干燥后的樣品保持完好；(3)漿料澆鑄后冷凍干燥成型，得到復雜形狀的樣品；(4)使煤礦副產(chǎn)物煤矸石得到利用，減少了煤矸石的環(huán)境污染和危害。
【IPC分類】C04B38/06, C04B35/185, C04B35/632, C04B35/634, C04B35/622
【公開號】CN105669174
【申請?zhí)枴緾N201610023915
【發(fā)明人】馮培忠, 王 章, 王曉虹, 耿鵬, 康學勤, 牛繼南
【申請人】中國礦業(yè)大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年1月14日