[发明专利]制备多孔氧化铝陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及隔热陶瓷材料的制造技术，具体是一种制备多孔氧化铝陶瓷的方法。

背景技术

氧化铝陶瓷具有很好的物理化学性能，如高熔点、高强度、高硬度、高韧性、良好的耐腐蚀性能和化学稳定性。因此，氧化铝作为结构材料，在冶金、化学、能源等多个领域获得了广泛应用。随着氧化铝应用范围的扩展，陶瓷元件的形状趋于复杂，而传统的成型工艺难以制备复杂形状的陶瓷器件，或制备的陶瓷性能较差。注凝成型（Gel-casting）是一种新的成型工艺，该技术将传统的陶瓷制作工艺结合有机单体聚合生成高分子的方法，利用有机单体聚合将陶瓷粉料悬浮体原位固化，之后经过干燥、排胶、烧结等工艺过程制备复杂形状的近净尺寸陶瓷部件，从而在在陶瓷成型及制备方面受到了人们的密切关注。但现有技术对于如何提高注凝成型工艺制造的陶瓷材料的隔热能力尚没有理想的方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一能制造复杂外形且隔热能力强的氧化铝陶瓷的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种制备多孔氧化铝陶瓷的方法，包括如下步骤：

a)以氧化铝粉为原料，加入适量造孔剂，采用注凝工艺成型；

b)将成型后的素坯，在室温自然干燥12－24小时，然后在40－80℃干燥5－10小时；

c）将干燥后的样品置入高温炉中，在空气气氛中，以1－3℃/分钟的速率升温至600℃，并保温2－4小时以除去造孔剂；然后以2～25℃/分钟的速率升温至1350～1550℃，保温30～180分钟进行高温烧结，即获得多孔氧化铝陶瓷。

作为一种优选方案，所述造孔剂为淀粉、石墨粉等。

作为一种优选方案，所述氧化铝和造孔剂粉体的粒度为200～400目。

作为一种优选方案，所述的注凝成型工艺采用JA－281为分散剂，加入量为浆料中固体质量的0.8%～1.2%；丙烯酰胺为单体，加入量为浆料中固体质量的2%～4%；N-N，-亚甲基三丙基酰胺为交联剂，加入量为丙烯酰胺质量的2%～4%；四甲基乙二胺为催化剂，加入量为浆料总体积的0.5%～1%；过硫酸氨为引发剂，加入量为四甲基乙二胺质量的5%～10%。

作为一种优选方案，制备的陶瓷浆料中，造孔剂的体积含量（造孔剂含量/总粉体含量）为10～60%。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明将注凝工艺和多孔材料制备工艺结合起来，可以制备具有复杂外形的多孔氧化铝陶瓷材料，扩展了氧化铝材料的应用范围，其方法不仅具有原料价廉易得、工艺简单、成本低、适合规模化等优点，而且所制备的氧化铝陶瓷具有低热导率，高气孔率等优异性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而非限制本发明的保护范围。

实施例1

取60ml去离子水，滴入数滴氨水调节pH值在9-10之间，称取150g 400目的氧化铝陶瓷粉体，并置于去离子水中，调节PH值为9-10，加入3ml的JA-281，并充分搅拌，再加入65g大于400目的淀粉作为造孔剂。然后加入5.4g丙烯酰胺和0.25g N-N'-亚甲基三丙基酰胺，充分搅拌。再加入约1.2ml的四甲基乙二胺溶液（50%浓度），在真空搅拌机上充分搅拌并真空处理，以消除浆料中的气泡。最后向浆料中加入约0.6ml的过硫酸铵溶液（5%浓度），快速充分搅拌后，将浆料置入准备好的模具中，静置约1小时后，取出凝胶化的样品。

将成型后的素坯，在室温自然干燥24小时，然后在40℃烘箱中干燥5小时；然后将样品置入高温炉中，在空气气氛中，以1℃/分钟的速率升温至600℃，并保温2小时以除去造孔剂；然后以5℃/分钟的速率升温至1500℃，保温120分钟进行高温烧结，即获得多孔氧化铝陶瓷。

所制备的多孔氧化铝陶瓷具有低热导率高气孔的特征，测试后表明实施例1所制备的多孔氧化铝其热导率为3.2W/m·K，体积密度为2.31g/cm³。该氧化铝陶瓷成典型多孔形貌，气孔分布较均匀，其平均粒径约为4μm。

实施例2