[发明专利]湿纺共挤出制备具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷的方法

说明书

本发明提供一种湿纺共挤出制备具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷的方法，其特征在于采用以下步骤：1）采用湿纺共挤出法制备具有界面层的纤维独石前驱体：先将固化剂和增塑剂加入有机溶剂中搅拌溶解，再分别加入纤维独石前驱体胞体和胞体界面层的陶瓷粉料，形成两种不同组分的喷丝料浆，倒入不同的注射器中，在机械压力下，通过共挤出喷丝头喷入凝胶槽中，凝固成型，即得具有界面层的纤维独石前驱体；2）温压成型；3）真空脱脂；4）热压烧结；5）高温氧化，即得具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷。本发明所得的直通孔氧化锆陶瓷，微观结构达到精确控制，孔壁完全致密，厚度均匀，具有较高强度和韧性，孔壁厚度可达250µm，孔径可达到微米级。

技术领域

本发明提供一种湿纺共挤出制备具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷的方法，属于多孔陶瓷的制备技术领域。

背景技术

多孔陶瓷具有体积密度小、孔隙率较高、比表面积大、对液体和气体介质有选择透过性、能量吸收或阻尼特性等特点, 尤其是直通孔多孔陶瓷，其内部平行贯通的蜂窝状孔道结构，有利于反应物的进入和生成物排出，其几何表面大，流体在其中流量分布均匀，因而被广泛应用于气体液体过滤、净化分离等多方面。传统制备直通孔多孔陶瓷的方法是泥料挤出成型，即干纺法成型，生坯经过陈腐、真空练泥使其具有一定可塑性，在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下，通过一定形状的口模而连续成型。但所制备的直通孔陶瓷具有以下缺点：一是孔径大，孔径一般在毫米级，由于泥料具有可塑性，收缩性大，孔径过小易堵塞。二是孔壁厚，孔壁厚度越薄，挤出压力越大，孔壁小于1mm的直通孔陶瓷成型困难；三是孔壁不致密，挤出成型的原料大多属于瘠性料，不具有可塑性。在挤压成型前必须将其塑化，通常加入塑化剂或粘结剂使其成为可塑料。工业生产中常用糊精、工业糖浆、羧甲基纤维素、聚醋酸乙烯脂、聚乙烯醇等有机塑化剂。有机塑化剂的添加，烧结后形成孔洞，降低了孔壁的致密性，进而使挤出成型制备的直通孔陶瓷弯曲强度较低。进一步减小直通孔陶瓷的孔径尺寸，提高孔壁的致密性对直通孔陶瓷的推广和应用具有重要理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有直通孔陶瓷孔径大，孔壁不致密的问题，而提供一种湿纺共挤出制备具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷的方法。其技术方案为：

一种湿纺共挤出制备具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷的方法，其特征在于采用以下步骤：

1) 采用湿纺共挤出法制备具有界面层的纤维独石前驱体：先将固化剂和增塑剂加入有机溶剂中搅拌溶解，再分别加入纤维独石前驱体胞体的陶瓷粉料和纤维独石前驱体胞体界面层的陶瓷粉料、搅拌均匀，形成两种不同组分的喷丝料浆，然后将喷丝料浆分别倒入不同的注射器中，在机械压力下，将喷丝料浆通过共挤出喷丝头喷入盛满水的凝胶槽中，凝胶槽水温为0～10℃，凝固成型后浸泡8～24h，即得具有界面层的纤维独石前驱体，具有界面层的纤维独石前驱体由纤维独石前驱体胞体和胞体界面层组成，纤维独石前驱体胞体直径为500～2000µm，胞体界面层厚度为250～1000µm，其中固化剂为聚醚砜，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯，有机溶剂为N-甲基吡咯烷酮和丙酮的混合物，N-甲基吡咯烷酮和丙酮质量比为(4～9 )：1；

2）温压成型：根据热压烧结用石墨模具大小裁切具有界面层的纤维独石前驱体，在石墨模具中进行平行排布，再在60～100℃，20～50MPa下，温压使其致密得到陶瓷生坯；

3）真空脱脂：将陶瓷生坯连同石墨模具放入真空脱脂炉中，真空脱脂，升温速度为0.2～0.5℃/min，升温至600～700℃，保温0.5～1h；

4）热压烧结：脱脂后，在氩气气氛下热压烧结，烧结温度为1500～1600℃，保温0.5～2h，压力为20～60MPa，得到纤维独石陶瓷；

5）高温氧化：纤维独石陶瓷经过1000～1200℃氧化1～5h，胞体被氧化去除，即得具有致密孔壁的直通孔氧化锆陶瓷，其孔径为250～1000µm，孔壁厚度为250～1000µm。