本發(fā)明屬于陶瓷材料
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的按，高性能材料的需求也越來越高，多孔陶瓷材料具有致密陶瓷材料本身所具有的物理和化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫等特點(diǎn)，還具有多孔結(jié)構(gòu)本身所具有的高比表面積、高滲透率以及低密度和低導(dǎo)熱率，因此在保溫、阻燃、抗震等領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度，耐腐蝕和耐高溫性能，在氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯陶瓷材料中引入氣孔時(shí)，因?yàn)榭諝獾臒釋?dǎo)率極低，大大降低材料的熱導(dǎo)率，但是氣孔作為缺陷會(huì)損害材料的力學(xué)結(jié)構(gòu)，材料的強(qiáng)度會(huì)隨著氣孔率的增加而指數(shù)降低。因此，如何在保證高氣孔率的前提下提高材料的力學(xué)強(qiáng)度是必須解決的問題。中國專利CN1246256C公開的高韌性多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷的制備方法，以氧化鋯為基材，加入輕質(zhì)氧化鎂、氧化鈰和微量超細(xì)氧化鋁粉末，用機(jī)械球磨法混合，干壓成型坯體經(jīng)不同穩(wěn)定的二次燒結(jié)得到高韌性多孔的部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷，該氧化鋯陶瓷的微觀呈多孔網(wǎng)絡(luò)狀，網(wǎng)絡(luò)孔徑為100-200nm，材料斷裂韌性為12-21MPa/m，該氧化鋯多孔陶瓷的多孔結(jié)構(gòu)為開口狀，且并未對陶瓷的抗壓性能進(jìn)行研究。中國文獻(xiàn)(“纖維增強(qiáng)多孔YSZ陶瓷材料的制備和性能研究”，郎瑩，清花大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文，2014年4月)公開的纖維增強(qiáng)多孔YSZ陶瓷材料，利用YSZ纖維、氧化鋁纖維、莫來石纖維以及硅酸鋁纖維對YSZ陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)度改性，發(fā)現(xiàn)氧化鋁纖維可以有效增加多孔YSZ陶瓷材料的韌性，但是孔隙率也會(huì)受到一定的影響，繼而影響了密度和熱導(dǎo)率。由上述現(xiàn)有技術(shù)可知，通過添加氧化鋁粉末或者氧化鋁纖維可不同程度的提高氧化鋯陶瓷的機(jī)械強(qiáng)度，但是在保證高氣孔率的前提下提高材料的力學(xué)強(qiáng)度仍不能很好的解決。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，將氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、含空心氧化鋁球和氧化鋁纖維的氧化鋁粉體和二氧化硅溶膠作為原料，利用粉體疏水化修飾劑同時(shí)調(diào)節(jié)pH值對氧化鋁粉體表面進(jìn)行疏水化改性，制備得到孔隙率高、機(jī)械強(qiáng)度高的超穩(wěn)定的含閉孔結(jié)構(gòu)的多孔泡沫陶瓷，制備方法簡單，成本低廉，無毒無害。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為50nm-5μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、粒徑為50nm-5μm的含空心氧化鋁球和氧化鋁纖維的氧化鋁粉體和粒徑為15-30nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨1-6h，得到總固含量為7-45％的混合漿料；(2)將步驟(1)制備的混合漿料加入用量為漿料總量0.006-0.8wt％的粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至3-9.5，在1600-1900rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，干燥得到干燥的坯料；(3)將步驟(2)制備的坯料以5℃/min的速率升溫至1300-1650℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體的直徑為50-300nm，長度大于10μm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體的制備方法為：將氧氯化鉻溶液中緩慢滴加草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h得到氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中含空心氧化鋁球和氧化鋁纖維的氧化鋁粉體中空心氧化鋁球和氧化鋁纖維的重量比為1-3:1，其中氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的3-10％，所述氧化鋁纖維的直徑為5μm，長度為1-2mm。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中混合漿料中的組分，按重量百分比計(jì)，包括氧化鋯粉體1-10％、氧化鋁粉體5-35％、二氧化硅溶膠0.2-0.5％。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中粉體疏水化修飾劑為癸酸、十六烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉、十二烷基硫酸鈉中的一種。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中粉體疏水化修飾劑為癸酸時(shí)，pH值為4.5-5.5。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中干燥方法為在石膏板上常溫常壓干燥、在40-70℃烘箱中干燥或者間歇式微波干燥，優(yōu)選為在石膏板上常溫常壓干燥。作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的孔隙率不低于88％，抗壓強(qiáng)度是相同孔隙率下的氧化鋁多孔陶瓷抗壓強(qiáng)度的1.5倍以上，導(dǎo)熱系數(shù)不高于0.28W/K·m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明制備的具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷采用癸酸、十六烷基硫酸鈉、十八烷基硫酸鈉或者十二烷基硫酸鈉作為粉體疏水化修飾劑，通過調(diào)劑pH值同時(shí)對氧化鋯和氧化鋁粉體進(jìn)行表面疏水化改性修飾，經(jīng)球磨處理后得到超穩(wěn)定的陶瓷顆粒泡沫漿料，制備方法簡單，省去了凝膠、排膠的工序，而且粉體疏水化修飾劑的使用量少，降低了成本。(2)本發(fā)明制備的具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的主要原料為氧化鋯、氧化鋁和二氧化硅，氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯是一種非常優(yōu)秀的陶瓷材料，具有極高的力學(xué)強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫、熱導(dǎo)率也很低，納米線狀的氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯與氧化鋁粉體中含有的氧化鋁纖維為納米級和毫米級纖維狀，可以在燒結(jié)中保持纖維狀，使陶瓷中既有微觀多孔結(jié)構(gòu)又有致密的微觀和宏觀纖維結(jié)構(gòu)，在不影響孔隙率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度，將二氧化硅溶膠與氧化鋯、氧化鋁一起制備漿料，二氧化硅均勻分布于多孔陶瓷的開口，使多孔陶瓷形成部分閉孔的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度。(3)本發(fā)明制備的具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低，氣孔率高，保溫性能優(yōu)異，與無機(jī)氣凝膠類似，尺寸成型性好，尺寸和孔隙率的可操控性強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度好，具有十分優(yōu)異的保溫耐火性能，而且制備工藝簡單，生產(chǎn)環(huán)節(jié)不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)，綠色環(huán)保高效，適合于工業(yè)大范圍生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益好。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。實(shí)施例1：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將4％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、16％的含重量比為1:1的粒徑為0.5μm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.3％的粒徑為20nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨4h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的3％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.05wt％的癸酸粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至5.1，在1800rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，在石膏板上常溫常壓干燥24h得到干燥的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1400℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。實(shí)施例2：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將9.5％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、35％的含重量比為3:1的粒徑為0.5μm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.5％的粒徑為20nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨6h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的10％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.8wt％的十六烷基硫酸鈉粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至4.0，在1600rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，在50℃烘箱中干燥4h得到干燥的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1450℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。實(shí)施例3：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將1.8％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、5％的含重量比為2:1的粒徑為0.2μm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.2％的粒徑為20nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨1h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的5％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.006wt％的十二烷基硫酸鈉的粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至5.5，在1900rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，在石膏板上常溫常壓干燥24h得到干燥的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1350℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。實(shí)施例4：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將1％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、10％的含重量比為3:1的粒徑為50nm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.2％的粒徑為15nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨3h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的4％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.01wt％的十八烷基硫酸鈉的粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至4.5，在1600rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，經(jīng)間歇式微波干燥得到干燥的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1650℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。實(shí)施例5：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將10％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、20％的含重量比為1:1的粒徑為5μm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.5％的粒徑為30nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨6h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的6％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.2wt％的癸酸的粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至5.5，在1600rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，在70℃烘箱中干燥6h的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1500℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。實(shí)施例6：(1)按照體積比為2:3，將0.2M的氧氯化鉻溶液中緩慢滴加0.05M的草酸水溶液，攪拌均勻得到鋯溶膠，將孔徑為20nm的納米多孔氧化鋁膜先浸入鋯溶膠中10min，再浸入氧化銥前驅(qū)體溶液中10min，取出，在紅外燈下烘干，然后在氬氣氛圍下，在500℃燒結(jié)5h，得到直徑為50-300nm，長度大于10μm的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體。(2)按重量百分比計(jì)，將5.5％的氧化銥穩(wěn)定的納米線狀四方氧化鋯粉體、25％的含重量比為2:1的粒徑為1μm的空心氧化鋁球和直徑為5μm，長度為1-2mm的氧化鋁纖維的混合物和0.4％的粒徑為25nm的二氧化硅溶膠混合，在滾球球磨機(jī)中球磨5h，得到混合漿料，其中，氧化鋁纖維的用量占總混合漿料質(zhì)量的7％。(3)將混合漿料加入用量為漿料總量0.4wt％的癸酸的粉體疏水化修飾劑，用稀鹽酸調(diào)節(jié)pH值至4.5，在1900rpm下機(jī)械攪拌進(jìn)行發(fā)泡10min，然后在石膏板上注模，在40℃烘箱中干燥24h得到干燥的坯料。(4)將坯料以5℃/min的速率升溫至1600℃，燒結(jié)2h，得到具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷。對比例：除去二氧化硅原料，其余條件參照實(shí)施例1。經(jīng)檢測，實(shí)施例1-6制備的具有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的孔隙率、抗壓強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)的結(jié)果如下所示：實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6對比例孔隙率(％)96.187.298.292.494.693.595.4抗壓強(qiáng)度(MPa)1.2111.80.068.976.499.520.58導(dǎo)熱系數(shù)(W/K·m)0.080.280.040.100.090.080.07由上表可見，本發(fā)明制備的有閉孔結(jié)構(gòu)的氧化鋯增強(qiáng)氧化鋁多孔陶瓷的孔隙率高、抗壓強(qiáng)度好，導(dǎo)熱系數(shù)低，與相同孔隙率的多孔陶瓷相比，抗壓強(qiáng)度顯著提高，導(dǎo)熱系數(shù)變化不大。上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。當(dāng)前第1頁1 2 3