[发明专利]一种三维一体双层多孔陶瓷材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种三维一体双层多孔陶瓷材料，其特征在于，它是以Ti粉、Al粉、BN粉、石墨为反应原料，以海藻酸钠凝胶作为交联剂，预先通过冷冻干燥的方法形成具有规则垂直孔道的气凝胶材料，后又通过自蔓延高温合成反应使其反应成型，从而形成上层主要物相为C、下层主要物相组成为TiAl、TiB₂、Ti(C,N)、Ti₃AlC₂的三维一体双层多孔复合材料，通过控制交联剂的添加量可以使三维一体双层多孔陶瓷材料的孔隙率达到69.4%，光吸收能力超过95%。

2.一种如权利要求1所述的三维一体双层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：原料的准备

以Ti粉、Al粉、BN粉、石墨为原料，海藻酸钠凝胶为交联剂；将上述粉末按照配比进行搅拌混合；

第二步：海藻酸钠凝胶的制备

将海藻酸钠粉末溶解于去离子水里，并通过油浴锅加热搅拌至海藻酸钠粉末完全溶解；

第三步：多孔材料粉体混合准备

将称量好Ti粉、Al粉、BN粉以及石墨混合均匀，并加入海藻酸钠凝胶于玻璃杯里搅拌得到浆料；

第四步：预冷冻

将搅拌好的浆料利用液氮冷冻使其具有一定的成型性；

第五步：对成型的浆料进行冻干处理

将预冷冻后的样品置于真空冷冻干燥机冷阱上方，冷冻干燥在冷冻干燥机中进行，要求真空冷冻干燥机的真空度1～20Pa，冷凝腔的温度为-68℃～-40℃，加热板的温度为-30℃～60℃，冷冻干燥48-72h，正常工作环境温度10℃～30℃，相对湿度≤70%；

第六步：对成型的气凝胶进行自蔓延高温合成反应

将坯体放在激光设备中，选择200-600W的功率对坯体引燃，使得气凝胶坯体自上而下的发生自蔓延高温合成反应，反应生成钛基多孔材料，形成具有规则垂直孔道的多孔结构；多孔材料上层主要物相为C、下层主要物相组成为TiAl、TiB₂、Ti(C,N)、Ti₃AlC₂；

反应式为：Ti+Al+BN+石墨→TiAl+TiB₂+Ti(C,N)+Ti₃AlC₂。

3.如权利要求2所述的三维一体双层多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，原料Ti粉、Al粉、BN粉和石墨的摩尔比为（4-6）：1:2:2。

4.如权利要求3所述的三维一体双层多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤二中，每0.3-0.5g的海藻酸钠粉末需要40mL去离子水。

5.如权利要求3所述的三维一体双层多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，当Ti粉、Al粉、BN粉以及石墨四种原料分别以（4-6）摩尔、1摩尔、2摩尔和2摩尔混合时，海藻酸钠凝胶的添加量为400-800mL。

6.如权利要求2所述的三维一体双层多孔陶瓷材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，Ti粉粒度为200-400目，Al粉粒度为100-200目，BN粉粒度为3-5µm，石墨粒度200-300目；海藻酸钠粉末为化学纯。

7.一种如权利要求1所述的三维一体双层多孔陶瓷材料在海水淡化和污水处理方面的应用。