[发明专利]一种多孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷领域，涉及一种多孔陶瓷的制备方法。

背景技术

多孔陶瓷一般是由骨料、粘结剂和成孔剂等组分经过高温烧成，体内具有大量彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的一种新型陶瓷材料。由于多孔陶瓷具有气孔率高、化学稳定性良好、体积密度小、比表面积大、导热性低以及耐高温、耐腐蚀、强度和刚度高等特点[鞠银燕，宋士华，陈晓峰. 多孔陶瓷的制备、应用及其研究进展. 硅酸盐通报，2007，26（5）：969-974]，在冶金、化工、环保、能源、生物等领域得到了广泛应用，如流体过滤、净化分离、催化剂载体、吸声减震、保温材料、生物医用植入材料、墙体材料和传感器材料等方面[王慧，曾令可，张海文，等. 多孔陶瓷—绿色功能材料. 中国陶瓷，2002，38（3）：6-8]。特别是，随着科学技术和工业生产的飞速发展，能源、资源、三废治理等问题更加受到重视，对多孔陶瓷的需求和质量提出了更高要求。

多孔陶瓷首要特征是其多孔特性，制备的关键和难点是形成多孔结构。根据使用目的和对材料性能的要求不同，近年来开发出了一些制备方法，包括添加造孔剂法、挤出成型法、颗粒堆积成型法、发泡法、有机泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法等[朱时珍，赵振波，刘庆国. 多孔陶瓷材料的制备技术. 材料科学与工程，1996，14（3）：33-39]。

添加造孔剂法通过在陶瓷配料中添加造孔剂，利用造孔剂在坯体中占据一定的空间，然后经过烧结，造孔剂离开基体而形成气孔，从而制得多孔陶瓷。该方法的优点是可制取各种气孔结构的陶瓷制品，气孔尺寸10μm~1mm，气孔率可高达50%左右；缺点是气孔分布均匀性差，气孔率偏低。

挤出成型法是将制备好的泥条通过一种预先设计好的具有蜂窝网格结构的模具挤出成型，经过烧结制得多孔陶瓷。该方法的优点是可以根据需要对孔形状和孔大小进行精确设计；缺点是不能成形复杂孔道结构和孔尺寸较小的材料，同时对挤出物料的塑性有较高要求。

颗粒堆积成型法是在粗颗粒中加入相同组分的细颗粒，利用细颗粒易于烧结的特点，在高温状况下粗颗粒依靠细颗粒熔化粘合，颗粒结合部形成多孔结构。该方法的优点是可通过调整颗粒级配对孔结构进行控制，制品的空隙率一般为20%~30%左右；缺点是气孔率偏低、气孔的均匀性较差。

发泡法是在陶瓷组分中添加有机或无机化学物质，在处理期间形成挥发性气体，产生泡沫，经干燥和烧结制成网眼型和泡沫型两种多孔陶瓷。该方法的优点是特别适于制取闭气孔的陶瓷制品，气孔率大，强度高；缺点是对原料的要求高，工艺条件不易控制，孔与孔之间大多数是非连通的。

有机泡沫浸渍法是是凭借有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构，将制备好的料浆均匀地涂覆在有机泡沫网状基体上，干燥后烧掉有机泡沫体而获得一种网眼多孔陶瓷。该方法的优点是能制取高气孔率的陶瓷制品，试样强度好；缺点是制品的形状受限制，制品的成分和密度不易控制。

溶胶-凝胶法是以金属醇盐及其化合物为原料，在一定的介质和催化剂作用下，进行水解-缩聚反应，使溶液由溶胶变成凝胶，再经干燥、热处理而得到多孔制品。该方法的优点是适于制取微孔陶瓷，特别是微孔陶瓷薄膜，气孔分布均匀；缺点是原料受限制，生产率低，陶瓷制品形状受限制。

综上所述，目前多孔陶瓷生产中存在着过程复杂且工艺条件不易控制、效率低、成本高、原材料和制品形状受限制、过程污染较重以及造孔方法单一、气孔率较低、制品密度不易控制等问题。

众所周知，在做馒头或面包时，将面粉、发酵剂和水等混合后，在微生物发酵过程中将产生大量二氧化碳；在蒸制或烘烤的过程中，随着温度升高至80~260 ℃并保温一段时间，酵母菌死亡，其呼吸产物二氧化碳会因受热而膨胀，在面团中留下大量气孔，从而使馒头或面包变得松软。另外，在800 ℃以上的高温下烧结时，馒头或面包的面团（有机物）将燃烧并挥发。

由此可见，如果将骨料、粘结剂、面粉、发酵剂和水等按适当比例进行均匀混合，然后进行发酵产生二氧化碳，接着在80~260 ℃保温一段时间，使得二氧化碳气体逸出，在坯体中将产生大量气孔；再在高温下进行烧结，使面团（有机物）燃烧挥发而留下气孔，将进一步增加气孔的数量。

因此，针对现有多孔陶瓷制备方法的不足，引入微生物发酵产生二氧化碳气体技术，并结合有机物高温燃烧挥发原理，有望开发出一种生产工艺简单、效率高、成本低、原材料来源广泛、绿色环保且能获得高质量、高气孔率、低密度及多品种的多孔陶瓷制备方法。

发明内容