[发明专利]一种光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料及制备方法和应用

权利要求书

1.一种光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料，其特征在于，它是以Al、TiO₂、B₂O₃、Ti、B₄C、C₃N₄粉末为原料，添加不同体积分数的能提供N元素的造孔剂，之后采用激光束引发自蔓延反应，主要物相组成为Al₂O₃+TiB₂+Ti(C,N)+TiC或+少量TiO₂或+少量B₂O₃或+少量AlN；通过C₃N₄在反应过程中的分解可以得到100-600nm以内的小孔，反应物B₄C在反应过程中的分解及柯肯达尔效应可以得到3.5-10μm以内的小孔，Ti在反应过程中的熔融流动可以形成20-80μm的孔，而造孔剂的分解可以得到100-800μm的大孔，由不同成孔机理可以形成三维连通的多级多孔结构；上述粉末质量比为：

Al：TiO₂：B₂O₃:Ti:B₄C:C₃N₄＝(9-18):(8-16):(7-14):(18-36):(7-14):(23-27)，NH₄HCO₃粉末的体积分数占总粉末体系体积的0～15％。

2.如权利要求1所述的光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料，其特征在于，所述的造孔剂为NH₄HCO₃，尿素或(NH₄)₂CO₃。

3.一种光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：多孔陶瓷材料准备

第1.1步：粉体准备：

以(100-200)目Al、(200-300)目TiO₂、(100-200)目B₂O₃、(200-300)目Ti、(1600-3000)目B₄C、(500-1000)目C₃N₄粉末为原料，粉末质量比为：Al：TiO₂：B₂O₃:Ti:B₄C:C₃N₄＝(9-18):(8-16):(7-14):(18-36):(7-14):(23-27)，NH₄HCO₃粉末的体积分数为0～15％，将混合粉体装入三维混料机混合8小时；

第1.2步：模压成型：

将混合粉末使用直径为2厘米的圆柱形模具将的混合粉末进行压坯，压力为100MPa，保压时间为5分钟，压坯结束后，高为2～4mm的圆柱薄片，后加热脱除造孔剂，行成大孔；

第二步：多孔陶瓷材料合成

开启激光熔覆设备电源,设置激光功率为800W，随后用激光束在坯体表面圆心处引燃坯体，使混合粉末坯体发生以下反应：Al+TiO₂+B₂O₃+Ti+B₄C+C₃N₄→Al₂O₃+TiB₂+TiC+Ti(C,N)，或Al+TiO₂+B₂O₃+Ti+B₄C+C₃N₄→TiO₂+Al₂O₃+TiB₂+TiC+Ti(C,N)，或Al+TiO₂+B₂O₃+Ti+B₄C+C₃N₄→B₂O₃+Al₂O₃+TiB₂+TiC+Ti(C,N)，或Al+TiO₂+B₂O₃+Ti+B₄C+C₃N₄→Al₂O₃+TiB₂+TiC+Ti(C,N)+AlN；其中C₃N₄在反应过程中的分解可以得到100-600nm以内的小孔，反应物B₄C在反应过程中的分解可以得到3.5-10μm以内的小孔，Ti在反应过程中的熔融流动可以形成20-80μm的孔，而造孔剂NH₄HCO₃的分解可以得到100-800μm的大孔，不同成孔机理形成了三维连通的多级多孔陶瓷材料；所述的光热多孔陶瓷材料主要物相组成为Al₂O₃+TiB₂+Ti(C,N)+TiC或+少量TiO₂或+少量B₂O₃或+少量AlN。

4.一种如权利要求1所述的光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料在海水淡化方面的使用方法，其特征在于，将该光热海水淡化用多级多孔陶瓷材料与聚乙烯泡沫，棉花结合，制成光热蒸发器，其中聚乙烯泡沫作为隔热体用来减少蒸发过程中的热传导损失，棉花用来作为海水的传输通道，然后将该光热多孔陶瓷材料置于盛有海水的聚四氟乙烯容器中，聚四氟乙烯容器放在天平上，用模拟光源照射，记录不同时刻质量变化，计算出海水的蒸发速率，进而得到光热转换效率。