[发明专利]一种高孔隙率多孔陶瓷微球及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高孔隙率多孔陶瓷微球及其制备方法，属于材料技术领域。本发明是将陶瓷粉料、造孔剂和油酸三者按比例混合后球磨，然后与石蜡按比例混合，在80～120℃条件下加热搅拌均匀后制得蜡浆，再将蜡浆继续加热至120～155℃，用注射器针头将蜡浆逐滴滴入低温液体介质中凝固成微球，并采用埋烧法将凝固微球进行高温脱蜡处理30～120min，最后将素烧陶瓷微球在高温条件下煅烧制得所述的多孔陶瓷微球。本发明方法工艺简单，成本低，重现性好，制得的无机多孔陶瓷微球孔隙率高，且本发明方法可避免对水分敏感的粉体在形成微球时的变质，尤其适用于制备对于水敏感的无机陶瓷微球。

技术领域

本发明属于材料技术领域，涉及多孔陶瓷材料，更具地说，本发明涉及一种高孔隙率多孔陶瓷微球及其制备方法。

背景技术

近年来，毫米级陶瓷微球在核燃料元件、石油开采、化工催化、分离提纯等领域有着广泛的应用。作为第四代核燃料元件，相比传统的圆柱状芯块元件，陶瓷微球燃料元件在辐照和温度的作用下会发生致密化，能有效缓解圆柱状芯块因辐照而导致的肿胀变形问题；在石油开采领域，陶瓷微球可作为油气井压裂作业中的压裂支撑剂，并随压裂液进入裂缝、撑开油层裂缝、增大油流通道，有效提高石油的开采效率；而具有一定孔隙率的多孔陶瓷微球还可以作为催化剂载体用于化工催化。相比其他材质的多孔载体，多孔陶瓷微球载体具有耐酸碱腐蚀性好、化学性能稳定、便于回收、可循环使用等显著优点；此外，陶瓷微球还可用作塑料、橡胶、尼龙制品中的增强填充料，可使填充更均匀。

目前，制备陶瓷微球的方法有很多。根据成球原理主要分为三类。第一类是通过机械力，如挤压、摩擦、碰撞等作用力成球的方法，主要包括挤压成型-滚球法(如微丸机成球)、滚球法(如糖衣机成球)、撒粉抛丸法等。然而，这类基于机械力成球的方法虽然工艺简单、生产效率高，但成球的圆度和尺寸均匀性较差，且难以获得尺寸小于 500μm的微球。更为重要的是，随着微球尺寸的减小，其形状难以控制；

第二类方法是基于表面张力的原理进行成球，如冷冻凝固法、溶胶-凝胶法、热固化成球法等。申请号为CN2016101924487的发明专利“一种无机微球的制备方法及由此制得的无机微球及其用途”，以明胶为微球模板，通过控制成球温度和球径，在-6～ 4℃下以冷冻凝固的方式制成无机/明胶复合微球，最后经煅烧去除明胶得到无机微球；申请号为CN2012102314080的发明专利“一种陶瓷微球的新型制备方法”，将反应物原料、分散剂和水，经过机械搅拌或球磨后制得分散性好的均匀悬浊液浆料。然后将该浆料通过分散装置滴入到预先刻有圆形凹槽的疏水性粉末中，在表面张力作用下收缩成微球。最后经干燥和烧结处理得到陶瓷微球；申请号为CN200610113783X的发明专利“一种注凝成型制备陶瓷微球的方法及其装置”，将一定固相含量的稳定浆料，通过振动成为小滴，分散到具有一定温度的油性介质中，小滴在界面张力的作用下成球，液滴内部的聚合物单体聚合，发生凝胶化反应，固化成球。然后经过洗涤、干燥、焙烧和烧结等工艺过程，最终得到高成品率并符合设计要求的陶瓷微球。需要指出的是，此类方法工艺多较为复杂，且由于固含量较低，因此干燥和烧成收缩较大导致球体开裂和圆度受到影响。更为关键的是，有机单体、交联剂等原料具有一定的毒性或价格昂贵，因此在成本和环境友好方面推广性较差。

第三种则是基于微球模板制备陶瓷微球。申请号为CN2013103155211的发明专利“一种空心陶瓷微球及其制备方法”，首先将聚苯乙烯微球进行磺化并分散于乙醇和酞酸丁醋的混合溶液中，然后通过水热处理得到陶瓷先驱体包覆的聚苯乙烯实心微球，最后经高温煅烧后获得TiO₂包覆SiC的核壳结构的空心陶瓷微球。这种方法存在的主要问题在于，不仅有机模板的价格昂贵，对于成本控制较为不利，而且这种方法很难制备得到尺寸较大的毫米级陶瓷微球。

综上所述，现有的大多数制备方法虽然能够生产出满足不同需要的陶瓷微球，但是很难同时满足性能、效率以及经济环保的要求。因此，有必要寻找一种生产效率高，制备成本低且对环境友好的新工艺。

发明内容