一種多孔氧化鋁陶瓷、制備方法及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多孔陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有H維通開孔結(jié)構(gòu)、雙?？?徑分布的多孔氧化鉛陶瓷及其制備方法，該陶瓷材料可應(yīng)用于過濾、分離、催化劑載體、人 工骨骼、保溫材料、微波吸收劑載體等多種領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 多孔陶瓷具有耐酸堿腐蝕、耐高溫、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于過濾、分離、催化 劑載體、人工骨骼、耐火保溫材料微波吸收劑載體等技術(shù)領(lǐng)域。
[0003] 在過濾、分離領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)過濾及分離功能，需要在陶瓷基體中引入H維連通 孔，但是不同尺寸的過濾物或分離物所需要的孔徑不同，因此為了滿足過濾分離的實(shí)際需 要，期望能夠設(shè)計(jì)制備具有H維連通孔結(jié)構(gòu)、并且孔徑可控的多孔陶瓷。
[0004] 多孔陶瓷用于人工骨骼時(shí)需要高的抗壓強(qiáng)度。但是，一般而言，多孔陶瓷的孔隙率 越高，抗壓強(qiáng)度就越低。因此，為了滿足人工骨骼材料的實(shí)際需要，需要設(shè)計(jì)制備出一種具 有一定孔隙率，并且同時(shí)具有良好抗壓強(qiáng)度的多孔陶瓷。
[0005] 另外，多孔陶瓷用于保溫耐火材料時(shí)需要高氣孔率、合適的孔徑分布，W及良好的 抗壓強(qiáng)度。
[0006] 目前制備多孔陶瓷主要采用造孔劑法、模板浸潰法、冷凍干燥法、低溫?zé)Y(jié)等方 法。其中，造孔劑法可W制備孔徑尺寸形貌可控的多孔陶瓷，孔隙率在較寬范圍內(nèi)可調(diào)，但 是利用該方法制備的多孔陶瓷的孔隙一般為閉孔，因而不適用于分離、過濾等領(lǐng)域。模版浸 潰法適用于制備較高孔隙率(一般大于60%)的多孔陶瓷，并且孔為開孔連通結(jié)構(gòu)，適用于液 體金屬等的過濾、分離，但是其孔徑受模板的限制，一般較大(百微米尺度)，因而不適用于 微小顆粒過濾及氣液相分離。冷凍干燥法可W制備孔徑定向分布的多孔陶瓷，但其制備工 藝復(fù)雜，且不適合大尺寸樣品制備。低溫?zé)Y(jié)法是將壓實(shí)粉體進(jìn)行燒結(jié)，在燒結(jié)過程中當(dāng)剛 開始形成燒結(jié)頸便停止燒結(jié)，利用該種方法可W制備具有H維連通的多孔陶瓷，但其孔隙 率和孔徑分布卻難W調(diào)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的技術(shù)目的是提供一種新型結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷材料，該陶瓷材料具有H維連 通孔道W及良好的抗壓強(qiáng)度，能夠作為過濾、分離、吸附劑載體、催化劑載體、微波吸收劑載 體、人工骨骼、保溫等材料而應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是；一種多孔氧化鉛陶瓷材料，W a相氧 化鉛為基體，基體中分布著多個(gè)孔隙，其特征是，所述的孔隙呈H維連通的開孔結(jié)構(gòu)，所述 的孔徑呈雙模分布，即所述的孔隙根據(jù)其孔徑分為兩種，一種是孔徑為50nm~250nm的小 孔，另一種是孔徑大于500nm的大孔。
[0009] 作為優(yōu)選，所述的小孔的孔徑為60nm~200nm。
[0010] 作為優(yōu)選，所述的大孔的孔徑為500nm~lOOOum。
[OOU] 作為優(yōu)選，所述的多孔氧化鉛陶瓷材料中，小孔體積占5%~70%，進(jìn)一步優(yōu)選為 !0〇/〇~60% ;大孔體積占5%~80%，進(jìn)一步優(yōu)選為10%~60〇/〇。
[0012] 上述多孔氧化鉛陶瓷材料能夠應(yīng)用于過濾分離、吸附劑載體、催化劑載體、微波吸 收劑載體、耐火保溫、人工骨骼等多種領(lǐng)域。
[0013] 本發(fā)明還提供了一種制備上述多孔氧化鉛陶瓷材料的簡(jiǎn)單易行的方法，該方法 W粒徑為10皿~200皿的非晶氧化鉛粉末、過渡相氧化鉛粉末(包括y-Al2〇3、5-AI2O3、 0 -AI2化等)，或者剛玉相氧化鉛粉末為原料粉末，在其中添加粒徑大于500nm的造孔劑粉 末，混合均勻后得到的混合粉末首先經(jīng)成型、lOOOCW上燒結(jié)處理，得到包含造孔劑的a 相氧化鉛，然后機(jī)械加工為所需形狀后進(jìn)行脫造孔劑處理，即得到多孔氧化鉛陶瓷材料，其 孔隙呈H維連通的開孔結(jié)構(gòu)、并且孔徑呈雙模分布。
[0014] 作為優(yōu)選，所述的原料氧化鉛粉末為非晶相氧化鉛粉末或者過渡相氧化鉛粉末。
[0015] 作為優(yōu)選，所述的原料氧化鉛粉末的粒徑優(yōu)選為lOnm~150nm。
[0016] 所述造孔劑是不與氧化鉛反應(yīng)的物質(zhì)，其烙點(diǎn)高于所述燒結(jié)溫度，并且該造孔劑 能夠通過后續(xù)的脫造孔劑處理而從原料中脫除。該造孔劑可W采用碳粉(包括石墨、活性 碳、炭黑、中間相碳微球等)、金屬(包括^、^、^、化等^金屬氧化物^列如氧化巧^團(tuán)堿化 合物(例如氯化軸等)。
[0017] 所述造孔劑粉末的形狀不限，包括球狀、顆粒狀、片狀W及其他不規(guī)則形狀等。
[0018] 所述造孔劑粉末的粒徑根據(jù)實(shí)際需要而定，即根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)大孔孔徑的要求 而選擇造孔劑粉末的粒徑。實(shí)際應(yīng)用中大孔孔徑一般為500nm~lOOOum，進(jìn)一步優(yōu)選為 500nm ~500um。
[0019] 所述造孔劑粉末的添加量根據(jù)實(shí)際需要而定，即根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中對(duì)大孔所占的體 積百分?jǐn)?shù)的要求而選擇造孔劑粉末的添加量。
[0020] 所述基體粉末與造孔劑粉末的混合方法不限，包括球磨、氣流磨等。球磨法包括干 磨或濕磨。濕磨介質(zhì)包括水、己醇或其二者的混合物等，優(yōu)選為水與己醇的混合物。
[0021] 所述混合粉末的成型、燒結(jié)處理可W采用W下兩種方法實(shí)現(xiàn)：
[0022] ( 1)首先經(jīng)過成型工藝處理，然后經(jīng)過燒結(jié)工藝處理
[0023] 所述的成型工藝是指按照所需陶瓷樣品的尺寸成型，包括干壓成型、注漿成型、注 射成型、凝膠注模成型等。所述的燒結(jié)工藝是指將成型體置于惰性氣氛馬弗爐、管式爐、 碳管爐、氣壓爐、隧道塞、微波爐等燒結(jié)設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)。其中，燒結(jié)溫度一般為l〇〇(TC~ 160(TC，進(jìn)一步優(yōu)選為llOOC~140(TC ;燒結(jié)后的保溫時(shí)間一般為0. 1~lOh，進(jìn)一步優(yōu)選 為0. 1~化。
[0024] (2)直接采用熱壓燒結(jié)工藝，即將成型與燒結(jié)處理集成在一起
[0025] 所述的熱壓燒結(jié)是指根據(jù)所需陶瓷樣品的尺寸選擇合適的熱壓模具，然后將盛裝 所述混合粉末的熱壓模具置于高真空熱壓爐、放電等離子體燒結(jié)爐等設(shè)備中進(jìn)行熱壓燒 結(jié)。其中，燒結(jié)溫度一般為100(TC~1300。進(jìn)一步優(yōu)選為loocrc~125CTC ;燒結(jié)壓力一 般為10~lOOMpa，進(jìn)一步優(yōu)選為25~60Mpa ;燒結(jié)后的保溫時(shí)間一般為0. 1~lOh，進(jìn)一 步優(yōu)選為0. 1~化。當(dāng)采用放電等離子體燒結(jié)時(shí)，保溫時(shí)間一般選擇為0~30min，進(jìn)一步 優(yōu)選為0~lOmin。
[0026] 所述脫造孔劑處理的方法不限，根據(jù)實(shí)際采用的造孔劑種類而定。例如，當(dāng)采用 碳材料作為造孔劑時(shí)，脫造孔劑的方法選擇在空氣中熱處理，熱處理溫度一般為700~ 90(TC，保溫時(shí)間一般為30min~化；當(dāng)采用金屬、氧化物作為造孔劑時(shí)，則采用在相應(yīng)的腐 蝕酸中浸泡的方法除去金屬顆粒；當(dāng)采用氯化軸等堿團(tuán)化合物作為造孔劑時(shí)，則采用水浸 泡的方法去除該造孔劑。
[0027] 上述多孔氧化鉛陶瓷材料的制備方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] (1)簡(jiǎn)單易行，成本低廉，制得的多孔氧化鉛陶瓷材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)
[0029] 目前工業(yè)界中采用的具有H維連通孔結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷生產(chǎn)工藝中，生產(chǎn)時(shí)間多耗 費(fèi)于連通孔的制備上。而本方法無(wú)需特意制備H維連通孔，僅僅通過非晶或過渡相氧化鉛 粉體的選用，通過燒結(jié)即可得到具有H維連通孔道的a相多孔氧化鉛陶瓷，然后通過粒徑 較大的造孔劑的添加，能夠制得具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)