[发明专利]一种氧化铝泡沫陶瓷的制备方法

说明书

本发明属于隔热材料的制备技术领域，具体涉及一种发泡法制备氧化铝泡沫陶瓷的方法。制备方法包括以下步骤：以氯化铵、尿素、糖、助烧剂和氧化铝粉末为原料，研磨混合后直接在惰性气氛下发泡得到多孔碳/氧化铝复合材料，将得到的复合材料除去碳得到氧化铝泡沫陶瓷前驱体，再将得到的前驱体高温烧结，即可得到多孔氧化铝泡沫陶瓷。本发明采用简易无毒的工艺路线，生产周期短，制备出的氧化铝泡沫陶瓷具有高孔隙率、低体积密度和高效隔热的特点。

技术领域

本发明属于隔热材料的制备领域，具体涉及一种氧化铝泡沫陶瓷的制备方法。

背景技术

氧化铝泡沫陶瓷因其高温稳定性、低体积密度、高孔隙率、低导热系数和良好的机械强度而被应用于多种技术领域，包括熔融金属过滤、高温隔热、热交换、热腐蚀性气体的过滤、催化剂载体等技术应用。

目前泡沫陶瓷常采用的方法有添加造孔剂法、有机泡沫浸渍法、发泡法等。专利US4448896A公布了一种添加炭黑粉末造孔烧结氧化铝陶瓷的方法，使用该方法得到的样品孔径分布弥散，添加造孔剂法得到的泡沫陶瓷通常具有相对不高的孔隙率(低于50％)；专利CN201310539992.0采用聚氨酯有机泡沫浸渍法制备泡沫陶瓷，该方法得到的泡沫陶瓷孔径和孔隙率取决于有机泡沫本身，而在烧结过程中存在有机体系，不可避免地会产生有毒气体；发泡法可以简单有效地制备高孔隙率的多孔氧化铝陶瓷，目前，典型的直接发泡方法是将气体引入悬浮液或液体介质中来产生多孔泡沫再固化后烧结，如K.Prabhakaran等人非专利文献(J.Am.Ceram.Soc.2005，88，2600-2603)采用填充氧化铝粉末的蔗糖树脂浆料进行发泡，得到孔隙率93.5-96.7％的氧化铝泡沫陶瓷，发泡法具有工艺简单、成本较低的特点，但湿泡沫系统的热力学不稳定性会使小气泡兼并形成大气泡来降低系统自由能，造成孔径大小不均匀，导致其在实际使用中难以达到预期效果，同时制浆、脱模、干燥等制备工序耗时较长。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种发泡制备高孔隙率多孔氧化铝泡沫陶瓷的方法。本方法工艺简易无毒，得到的产品具有较为均匀的孔径、高孔隙率和低体积密度，同时低导热系数使之具有成为高效隔热保温材料的应用前景。

本发明所采用的的技术方案为包括以下步骤：

(1)将氯化铵、尿素、糖、助烧剂、氧化铝粉末混合后研磨，得到粉体混合物；

(2)将上述粉体混合物放置于反应炉中，通入惰性气氛作为保护气，随后以一定的温度程序进行发泡，得到多孔碳/氧化铝复合材料；

(3)将上述复合材料在高温下通入水汽除去碳或者在含氧气氛下除碳，得到氧化铝泡沫陶瓷前驱体；

(4)将上述得到的前驱体在含氧气氛下高温烧结，得到具有一定强度的高孔隙率氧化铝泡沫陶瓷。

本发明中，步骤(1)中的糖可以是蔗糖、葡萄糖、无水葡萄糖中任一者或更多者的组合，助烧剂可以是氧化镁、氧化硅、氧化钙、氧化钛、氧化锆中任一者或多者的组合。

本发明中，步骤(1)中氯化铵、尿素、糖、助烧剂、氧化铝的质量比为(0.4-1)∶(0.1-0.3)∶(0.6-1.5)∶(0.002-0.05)∶1。

本发明中，步骤(1)中氧化铝为0.1-10μm粒径的粉末。

本发明中，步骤(2)中惰性气氛可以是氮气、氨气、氦气中任一者或多者的组合，成本上优选地，惰性气氛为氮气。

本发明中，步骤(2)中发泡升温速率为2-25℃/min。

本发明中，步骤(3)中水汽除碳温度为750-1150℃，保温10-60min，水汽可以通过注射、鼓泡、汽化通入中一种或多种方法通入。

本发明中，步骤(4)中烧结温度为1300-1600℃，烧结时间为30-240min。