[发明专利]一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法

说明书

本发明涉及一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法，包括：（1）将水、油相和表面活性剂混合，得到水包油乳液，所述油相优选选自环己烷、正辛烷、二苯基甲烷和环戊烷中的至少一种；（2）在所得水包油乳液中加入陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂和粘结剂，混合后得到陶瓷浆料；（3）将所得陶瓷浆料经真空脱气后倒入模具中进行冷冻固化和冷冻干燥，得到所述多孔陶瓷坯体。

技术领域

本发明涉及一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法，具体涉及一种水包油乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷的方法，属于陶瓷材料的制备领域。

背景技术

多孔陶瓷是一种经高温烧成，内部具有大量的闭合孔道或者彼此相通并与材料表面也相贯通的孔道结构的陶瓷材料。多孔陶瓷由于存在着大量的微孔和孔洞、体积密度小、气孔率较高，而且比表面积大，同时兼具陶瓷材料特有的耐磨损、耐高温、良好的化学稳定性，使多孔陶瓷可以在净化分离、气体液体过滤、吸声减震、生物植入材料、保温材料、化工催化载体、传感器材料和特种墙体材料等方面得到广泛的应用。

不同的应用领域对于多孔陶瓷的结构与性能的要求各异，在多孔陶瓷的制备及发展中，人们根据需要设计了许多制备多孔陶瓷的工艺，不同工艺所制得多孔陶瓷的结构性能也各有不同，多样的制备工艺也为我们在制备多孔陶瓷的过程中提供了许多选择性。

冷冻干燥法通过将陶瓷素坯中溶剂晶体升华从而得到孔隙，能有效减缓干燥过程中坯体的收缩和龟裂，使坯体保持稳定的多孔结构，并实现冷冻后样品的近净尺寸成型。水基浆料的使用决定了该方法的环境友好性，因为冰的升华产生多孔结构的过程中，释放出来的水对环境无任何污染。但是，冷冻过程中往往难以控制冰晶的生长，而且过度长大的冰晶会在冰晶排除后留下大尺寸的孔隙，破坏了微观结构的均匀性，且不利于多孔陶瓷产品的力学性能。所以如何控制冰晶的生长来调控多孔陶瓷的孔参数是研究的热点。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种保持冷冻干燥过程中实现孔结构均匀性的多孔陶瓷坯体的制备方法，以及再经过预烧和烧结获得微观形貌和力学性能良好的多孔陶瓷。

一方面，本发明提供了一种微乳液结合冷冻干燥制备多孔陶瓷坯体的方法，包括：

(1)将水、油相和表面活性剂混合，得到水包油乳液，所述油相选用环己烷、正辛烷、二苯基甲烷和环戊烷中的至少一种；

(2)在所得水包油乳液中加入陶瓷粉体、烧结助剂、分散剂和粘结剂，混合后得到陶瓷浆料；

(3)将所得陶瓷浆料经真空脱气后倒入模具中进行冷冻固化和冷冻干燥，得到所述多孔陶瓷坯体。

在本公开中，首次结合水包油乳液和冷冻干燥两种工艺制备多孔陶瓷坯体。具体来说，该水包油乳液中油相在陶瓷浆料的冷冻过程中形成的球状油滴，在调控坯体孔参数的同时，有效抑制了冷冻过程中冰晶的长大，从而实现了对多孔陶瓷坯体以及多孔陶瓷微观结构和力学性能有效的调控。

较佳的，所述油相的加入量为陶瓷粉体质量的5～40wt％；所述水的加入量为陶瓷粉体质量的30～200wt％；优选地，所述水和油相的体积比为1：(0.05～0.9)，更优选为1：1：(0.05～0.7)，最优选为1：(0:1～0.5)。

较佳的，所述表面活性剂选自吐温80、十二烷基苯硫酸钠、聚氧乙烯山梨醇酐硬脂酸酯和聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯中的至少一种；所述表面活性剂的加入量为陶瓷粉体质量的1.5～12wt％。

较佳的，在制备水包油乳液之前，将粘结剂溶于水中；所述粘结剂为水溶性聚乙烯醇、淀粉、羧甲基纤维素和水玻璃中的至少一种，加入量为陶瓷粉体质量的1～10wt％。