[发明专利]一种具有放射状结构的管状多孔陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开的一种具有放射状结构的管状多孔陶瓷及其制备方法，属于多孔陶瓷材料制备技术领域。本发明以陶瓷粉末为原料添加分散剂和烧结助剂，配制水系陶瓷浆料，将浆料球磨混合均匀并除气后装入冷却模具中，进行冷冻，然后将冷冻后的生坯置于冷冻干燥机中升华冰层，之后再对干燥后的生坯烧结，得到一种由内向外发散的且片层间距递减的放射状结构的管状多孔陶瓷。同时，可通过改变浆料粘度和原料粒径等条件实现对产物孔形貌及孔隙率的梯度变化调控。操作简单、对设备要求低、对环境友好。制得的具有放射状结构的管状多孔陶瓷在净化过滤、保温隔热、生物医疗、电子器件、航空航天和能源化工等各方面都有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种具有放射状结构的管状多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷具有透过性、发达的比表面积、吸收能量、低密度以及低热传导等性能，在净化过滤、保温隔热、生物医疗、电子器件、航空航天和能源化工等各方面都有广泛的应用。冷冻干燥作为一种对环境友好的近净型技术，因其可用来制备一种独特的片层结构的多孔材料，受到国内外学者的广泛关注。与传统多孔陶瓷制备工艺相比，冷冻干燥法通过浆料固相含量、冷冻温度、冷冻速率等的选择，可以对孔的形貌、尺寸以及孔隙率进行良好的控制，可以充分的发挥多孔陶瓷材料的应用潜力。

具有放射状层片结构的管状多孔陶瓷，层片由内向外发散，且层片间距由内向外递减，因其特殊的结构，在过滤分离、生物医药、固体燃料电池、航空航天和能源化工等各方面都有巨大的应用前景。

中国专利《仿生梯度多孔陶瓷材料的制备方法》(申请号：201310046286.2，申请公布号CN 103145438 A，申请公布日2013.06.12)公开了一种注浆成型结合多次冷冻干燥技术，制备孔隙率由内向外减小、具有内疏外密仿生结构的梯度多孔陶瓷材料。该方法通过多次冷冻来得到由内向外的梯度材料，冷冻时由于内侧的冷冻体温度低于零下，导致温度梯度为由下到上，自内而外的双梯度，结构控制较为困难，应用难度大。

中国专利《离心冷冻干燥技术制备梯度多孔陶瓷的方法》(申请号：201410105442.2，申请公布号CN 103896624A，申请公布日2014.07.02)公开了一种离心旋转技术结合冷冻干燥，制备孔隙率自内向外呈连续梯度变化的多孔陶瓷材料。该方法一方面在冷冻浆料的同时需要做离心旋转，工艺较为复杂；另一方面也未实现具有放射状孔隙结构的多孔结构的制备。

Ji-Woong Moon等发表的论文《Preparation of NiO–YSZ tubular support withradially aligned pore channels》(《具有放射状定向层片结构的NiO–YSZ管状陶瓷的制备》)，选自《Materials Letters》(《材料快报》)2003年第57卷第1428-1437页，采用NiO和YSZ粉为原料，采用自外向内的冷冻技术，以低温酒精作为冷冻剂，以高热导金属圆筒作为模具侧壁，由低热导的聚四氟乙烯作为模具基底和中心棒材的模具，制备了一种放射状定向层片结构的管状陶瓷。该方法以低温酒精为冷冻介质，需先低温冷冻酒精，然后将酒精充入模具中，在冷冻时由于酒精与外界环境及浆料有热量的交换，在冷冻时需要及时的更换酒精，来保证冷冻温度的恒定；此外，该方法采用金属管腔作为模具，导致了冷冻后难于脱模，不利于连续生产。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有放射状结构的管状多孔陶瓷及其制备方法，该方法操作简便、对设备要求低、环境友好，该方法能够制得一种由内向外发散的且片层间距递减的具有放射状结构的管状多孔陶瓷。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种具有放射状结构的管状多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)配制陶瓷浆料

将分散剂溶于去离子水中制得稳定的溶液，向该稳定的溶液中加入陶瓷颗粒和烧结助剂，球磨混料，制得陶瓷浆料；