[发明专利]一种宏观孔道结合微观孔隙的有序堇青石陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种宏观孔道结合微观孔隙的有序堇青石陶瓷的制备方法。该方法以伴生稀土的天然高岭土为主要原料，以有机网格为宏观模板、生物质废料大麻杆粉末为微造孔剂制备一种高性能有序孔道多孔堇青石陶瓷，具体为将预处理的伴生稀土高岭土天然矿物原矿与大麻杆粉末混合后进行球磨，再将球磨混合粉体与预混液混合得到初级浆料，然后将初级浆料置入作为模板剂的有机网格间隙中，在干燥箱中固化成型制得坯体，之后对坯体进行脱脂和烧结，得到高性能有序多孔堇青石陶瓷材料。本发明用大麻杆粉末作为造孔剂，因其具有较高的分解温度，且与堇青石的成瓷温度相匹配，更容易在陶瓷内部形成均匀的孔洞，陶瓷质量较好；原材料来源广泛，生产成本低廉。

技术领域

本发明涉及高性能陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种宏观孔道结合微观孔隙的有序堇青石陶瓷的制备方法。

背景技术

堇青石是MgO-SiO₂-Al₂O₃体系中重要的三元化合物，以其为载体的材料具有低热膨胀系数，低热导率，优良的抗热震性能等，是一种高性能陶瓷。目前，多孔陶瓷最常见的制备方法是添加造孔剂，但是造孔剂含量过高容易引起陶瓷体收缩开裂，甚至粉化，并且形成的孔隙多数是无序结构，孔径大小不一，限制了其应用。

近年来随着中国经济的高速发展和城镇化建设的快速发展，有害物质的排放问题日益加重，造成了严重的水污染，而且水体污染的程度远大于自然界环境的自净能力。水体中的重金属离子，它会通过食物链富集最终导致人类遭受巨大伤害。尤其是重金属中的铅离子本身是不可降解，将会永久存在于环境中。一旦含铅废弃物错误的排放到环境中，造成铅含量超标，将会造成严重的铅污染危害。因此，含铅废水在排放前必须去除铅，使其达到排放标准。通过研究调查发现，我国许多地方河流、水库、湖泊等地表水中铅含量超标。现如今，对重金属铅的最主要的处理手段是吸附法，具有设备简单、易操作、二次污染可控等优点。在实际应用中采用粉体吸附材料在吸附后回收困难，易造成二次污染；由于实际水体中含有微小颗粒物，无序多孔陶瓷结构在使用时易造成颗粒物堵塞。

本发明由“四川省科技计划资助”。

发明内容

针对已有技术的不足之处，本发明提供一种操作简单且快速成型的宏观有序孔和微观多孔结合的有序多孔堇青石陶瓷的制备方法，通过设计和优化堇青石陶瓷浆料的组分及配比，使用有机网格和天然大麻杆联合造孔，并优化脱脂和烧结工艺，最终获得一种有序多孔堇青石陶瓷的制备方法。

一种宏观孔道结合微观孔隙的有序堇青石陶瓷的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）将伴生稀土高岭土天然矿物原矿破碎、磁选去除Fe₂O₃，研磨后过200～400目标准筛，按伴生稀土高岭土天然矿物原矿的质量百分比为76～85%、铝源的质量百分比为10～5%、镁源的质量百分比为14～10%的比例称取原料，混合后加入大麻杆粉末，然后球磨混合均匀，烘干后得到混合粉体；其中，大麻杆粉末的加入量占混合粉体总质量的10～40%。

（2）按混合粉体与预混液质量比为(6~7.5):10的比例将混合粉体加入到预混液中，搅拌均匀后放入行星式球磨机进行混合，得到初级浆料。

（3）将有机网格裁剪成所需尺寸，采用刮刀法将初级浆料填充到有机网格的间隙中，依次进行堆叠，制备成陶瓷坯体，陶瓷宏观尺寸可根据要求调整。

（4）将制备的陶瓷坯体进行高温脱脂，脱除造孔剂并烧结，随炉冷却后得到有序多孔堇青石陶瓷材料；制备的多孔陶瓷宏观呈现有序排列，有效减小水流的流动阻力；微观呈现由大麻杆粉末燃烧产生的大量微孔，这些微孔在增大比表面积的同时也贯穿宏观孔道。

优选的，本发明步骤（1）中所述铝源为γ-Al₂O₃；所述镁源为MgO，两者均为市售分析纯。