[发明专利]一种制备具有类贝壳珍珠层结构的陶瓷块材的方法

说明书

本发明涉及制备具有类贝壳珍珠层结构的陶瓷块材的方法，所述方法包括：将氧化铝纳米颗粒加入到含有分散剂和粘结剂的水溶液中，并将得到的浆料脱气后倒入冷冻模具中进行冷冻成型；将经冷冻成型得到的氧化铝框架进行冷冻干燥，然后用熔融石蜡充分浸润；将浸润后的氧化铝框架在热压装置中进行热压成型，最后将热压成型后的氧化铝框架进行高温烧结，由此得到具有类贝壳珍珠层结构的轻质高强度陶瓷块材。本方法通过双向垂直冷冻方法制备得到具有层状结构的轻质氧化铝微米框架的陶瓷块材，具有制备过程简单、易操作、成本低廉、能够实现大规模制备等优点。

技术领域

本发明属于轻质高强氧化铝陶瓷块材制备技术领域，尤其涉及一种仿贝壳珍珠层微观结构的轻质高强度陶瓷块材的制备方法。

背景技术

长期以来，贝壳中的珍珠层因具备优异的力学性能而备受关注，贝壳珍珠层主要由天然复合材料-无机钙盐(CaCO₃)和有机蛋白质及多糖等有机物组成，经过亿万年的选择进化出来的层状微纳结构使其拥有高强度、高刚度及高断裂韧性等优异力学性能，是典型的天然陶瓷生物复合材料。整个珍珠层由微米尺度的文石碳酸钙小板片(95％)与层间有机基质(5％)层层交叠而成。文石小板片与多糖有机基质以及蛋白质构成的有机框架相互交替组成层状结构，而有机基质在控制文石小板片的厚度，形貌和取向上起到非常关键的作用。此外，珍珠质层的断面结构显示出了明显的“砖-泥”结构。

相对于其他的仿贝壳珍珠层结构的材料构建方法，如自上而下组装法、层层组装法和电泳沉积法等，定向冷冻法具有操作简单等优点。鉴于此，本发明的发明人在使用定向冷冻干燥法的基础上，通过预先热压成型，然后只需一步烧结就可以完成陶瓷的制备，由此提供了更简单、制备过程易于调整和能够实现大规模制造等优势的仿贝壳珍珠层结构的材料构建方法。

发明内容

本发明的目的是使用氧化铝纳米颗粒为原料，以贝壳珍珠层“砖-泥”微结构为目标模型，制备轻质高强度陶瓷块材的方法。

本发明提供了一种制备具有类贝壳珍珠层结构的陶瓷块材的方法，所述方法包括：

a)将作为原料的氧化铝纳米颗粒加入到含有分散剂和粘结剂的水溶液中并搅拌均匀以形成浆料；

b)对所述浆料进行脱气处理后，将所述浆料倒入冷冻模具中以进行冷冻成型，得到冷冻成型后的氧化铝框架；

c)将所述冷冻成型的氧化铝框架从双向冷冻模具中取出，然后进行冷冻干燥，得到具有层状结构的氧化铝微米框架；

d)将所述具有层状结构的氧化铝微米框架用熔融石蜡充分浸润，得到浸润后的氧化铝微米框架；

e)将所述浸润后的氧化铝微米框架在热压装置中进行热压成型，得到热压成型后的氧化铝微米框架；

f)对所述热压成型后的氧化铝微米框架进行高温烧结，由此得到具具有类贝壳珍珠层结构的陶瓷块材。

在一个优选实施方案中，在步骤d)和步骤e)之间，所述方法还包括将所述浸润后的氧化铝微米框架使用金刚石线切割机进行切割加工，以得到具有规整形状的浸润后的氧化铝框架块材。

在一个优选实施方案中，所述分散剂选自聚甲基丙烯酸酯、十六烷基三甲基溴化铵和十二烷基磺酸钠中的一种或多种；所述粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素和纤维素中的一种或多种；并且所述水溶液还含有选自蔗糖、葡萄糖和糊精中的一种或多种作为添加剂。

在一个优选实施方案中，相对于所述氧化铝纳米颗粒的重量，所述分散剂的用量为0.5wt％-2.0wt％，所述粘结剂的用量为0.5wt％-2.0wt％，并且所述添加剂的用量为1.0wt％-5.0wt％。

在一个优选实施方案中，在步骤b)中，所述脱气处理是在真空下对所述浆料进行抽气5-30分钟。