[发明专利]一种钛酸钡泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钛酸钡泡沫陶瓷及其制备方法。以有机粘结剂、有机流变剂和有机分散剂为助剂，去离子水为溶剂，纳米钛酸钡为陶瓷原料，混合研磨后，形成具有一定固含量的浆料；将预处理过的聚合物海绵浸渍于浆料中挂浆处理后，经干燥，得到挂浆理想且无堵孔的钛酸钡泡沫陶瓷生坯，再经烧结得到钛酸钡泡沫陶瓷。本发明提供的泡沫陶瓷呈三维立体网络骨架结构，其骨架是由化学组成单一的纯净钛酸钡陶瓷组成。它集成了钛酸钡优异的介电性能以及泡沫陶瓷高孔隙率、低比重的特点，同时具有高强度。本发明提供的钛酸钡泡沫陶瓷的制备方法具有工艺简单、适用性广等特点，适合于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种钛酸钡泡沫陶瓷及其制备方法，属于泡沫陶瓷技术领域。

背景技术

泡沫陶瓷（Foam Ceramic，FC）是一种经特殊工艺制作而成的具有三维立体网络骨架结构和贯通气孔的新型多孔陶瓷材料。比较成熟的泡沫陶瓷制备工艺有发泡工艺、添加造孔剂工艺及有机泡沫浸渍法等。其中，有机泡沫浸渍法具有工艺简单、可批量生产等优点。然而，该工艺大部分采用微米或是更大尺寸的陶瓷原料以及无机助剂制备陶瓷浆料，因此常常需要进行长时间的研磨以得到分散均匀、流动性良好的浆料。

鉴于泡沫陶瓷所具有的高化学稳定性、高强度、耐高温、抗热震、低密度、高气孔率、大比表面积等诸多优点，因此其广泛应用于制备汽车尾气装置、节能隔热材料、工业污水处理、化学催化剂载体、生物材料等。值得注意，现有的泡沫陶瓷材料基本上为终端产品，直接应用，尚未用于制备高介电常数树脂基复合材料。

目前，泡沫陶瓷主要有碳化硅（SiC）、氧化铝（Al₂O₃）和氮化硅（Si₃N₄）。它们的介电常数都较小（一般小于12），不能满足高介电材料的性能要求。同时，现有的泡沫陶瓷材料的强度较低，因此为了提高其强度，往往在制备过程中添加大量的无机助剂，难于得到化学组成单一的纯净泡沫陶瓷。如“氧化铝质泡沫陶瓷过滤器”（CN 101164658）的中国发明专利，公开了一种以氧化铝为主要成分所制备的一种适合于铝、铝合金及铜过滤净化的氧化铝质泡沫陶瓷过滤器。该泡沫陶瓷在制备过程中加入了二氧化硅、滑石、高岭土为烧结助剂，得到的是一种含有其他杂质的氧化铝质泡沫陶瓷。又如“氮化硅质泡沫陶瓷及其制备方法”（CN 102093076A）的中国发明专利，公开了一种以氮化硅为主要成分，以氧化钇、氧化铝以及二氧化硅为烧结助剂，采用有机泡沫浸渍法制备的一种氮化硅质泡沫陶瓷。众所周知，在众多的材料性能之中，介电性能是对结构变化最为敏感的性能之一。因此，杂质的存在将不利于保持原有介电陶瓷的优异介电性能。

钛酸钡陶瓷具有优异的机械强度、高介电常数、低介电损耗及铁电、压电及正温度系数效应等优异的电学性能，是制备高介电、铁电、压电等材料的理想材料。迄今，关于钛酸钡泡沫陶瓷及其制备方法尚未见诸报道。鉴于钛酸钡陶瓷的性能优势及其主要应用领域，化学组成单一的纯净钛酸钡泡沫陶瓷才能发挥其性能优势，满足应用要求。显然，这将导致出现强度低的问题。因此，如何制备具有高强度且化学组成单一的纯净钛酸钡泡沫陶瓷是摆在研究者面前的一个富有挑战性意义的课题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种具有高强度、高介电常数骨架、且化学组成单一的纯净钛酸钡泡沫陶瓷及其制备方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种钛酸钡泡沫陶瓷的制备方法，包含如下步骤：

（1）按质量计，将100份纳米钛酸钡与30～120份浓度为1～15wt%的有机粘结剂水溶液充分研磨，得到浆料A；在浆料A中加入10～80份浓度为0.5～3wt%的有机流变剂水溶液，充分研磨后得到浆料B；在浆料B中加入20～80份浓度为0.5～3wt%的有机分散剂水溶液，充分研磨后得到浆料C；