[发明专利]一种低温多孔陶瓷材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种低温多孔陶瓷材料的制备方法，所述方法为：先制备低温陶瓷浆料；然后将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料中，挂浆后干燥得到多孔陶瓷前驱体；最后将多孔陶瓷前驱体依次在300～400℃和650～700℃下分步烧结而成；其中，低温陶瓷浆料通过将混合充分后的硼源、锌源、硅源和助熔剂分散在含表面活性剂的溶剂中而得到。本发明方法基于有机泡沫浸渍法，通过往陶瓷材料中加入低熔点的反应物料形成低共熔体系，能够有效降低陶瓷复合材料的烧结温度，并且得到的复合材料孔隙率低、致密度高，从而具有高的机械强度和硬度；本发明方法在低于700℃的温度下即可烧结出具有致密化程度高，机械性能好的低温多孔陶瓷材料，有效解决了传统陶瓷材料高温烧结的能耗问题。

技术领域

本发明涉及一种低温多孔陶瓷材料的制备方法。

背景技术

陶瓷材料因其具有一系列优异的性能，是应用最广泛的材料之一。随着科技的发展，陶瓷材料因其优良的性能在各领域均得到了广泛的应用，多孔陶瓷是一种具有均匀三维网状结构的特殊多孔陶瓷，其孔道分布均匀、气孔率高、相对密度小、比表面积大、对液体和气体介质有选择透过性。多孔陶瓷的重要特征是具有较多的均匀可控的气孔。多孔陶瓷在环保、能源以及化工等方面有着巨大的发展前景。

有机泡沫浸渍法是用有机泡沫浸渍于陶瓷浆料，干燥后烧掉有机泡沫，获得多孔陶瓷的一种工艺方法，该法适用于制备气孔均匀可调节的多孔陶瓷。然而现有陶瓷材料的烧结温度过高，烧成温度一般在1000℃以上，存在能耗高、工艺复杂等问题。

发明内容

技术问题：本发明目的旨在提供一种能够有效降低陶瓷材料烧结温度的多孔陶瓷材料的制备方法。

技术方案：本发明所述的低温多孔陶瓷材料的制备方法，所述方法为：先制备低温陶瓷浆料；然后将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料中，挂浆后干燥得到多孔陶瓷前驱体；最后将多孔陶瓷前驱体依次在300～400℃和650～700℃下分步烧结而成；其中，低温陶瓷浆料通过将混合充分后的硼源、锌源、硅源和助熔剂分散在含表面活性剂的溶剂中而得到。

其中，所述多孔聚氨酯模板采用如下方法制备而成：室温下，将聚氨酯海绵加入到刻蚀剂的水溶液中，刻蚀2～4h，过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到刻蚀聚氨酯海绵；将刻蚀后的聚氨酯海绵加入到改性剂的水溶液中，将混合物料于40～60℃下搅拌，反应后过滤，洗涤至洗涤液呈中性，干燥后得到多孔聚氨酯模板。刻蚀过程能够使聚氨酯海绵表面粗糙、呈多孔结构，改性过程能够使多孔的聚氨酯表面接枝多个亲水性的官能团，提高挂浆过程中与浆料的粘结性。

其中，多孔陶瓷前驱体具体采用如下方法制备而成：室温下，将硼源、锌源、硅源、助熔剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨5～8h，球磨后的浆料在80～120℃下干燥12～24h，干燥后过筛，得到低温陶瓷原粉；室温下，将低温陶瓷原粉、表面活性剂与溶剂加入到反应釜中，30～50℃下球磨2～4h，得到低温陶瓷浆料，将多孔聚氨酯模板浸没于低温陶瓷浆料10～30min，挂浆后在80～120℃下干燥12～24h，得到多孔陶瓷前驱体。

其中，所述硼源为硼酸钠或二甲胺硼烷；所述锌源为醋酸锌或硬脂酸锌；所述硅源为硅溶胶或正硅酸乙酯；所述助熔剂为氧化铋、氧化钇或碳酸锂。助熔剂熔点低，能够有效降低复合材料体系的熔点同时使复合材料体系具有良好热稳定性(骨架结构的稳定)。

其中，所述溶剂为水或异丙醇，所述表面活性剂为羧甲基纤维素或聚乙烯吡咯烷酮(表面活性剂能够提高陶瓷浆料的粘结性，从而使挂浆过程中浆料更好的附着在聚氨酯模板上)。

其中，在制备低温陶瓷原粉时，硼源、锌源、硅源、助熔剂和溶剂的混合质量比为4～5：2～3：2～3：1：25～30。

其中，在制备低温陶瓷浆料时，低温陶瓷原粉、表面活性剂与溶剂的混合质量比为5～10：1：15～30。