一種半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及可見光半透明蜂窩陶瓷的制備方法，尤其是制備一種可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)載體的材料和工藝。
技術背景
[0002]透明陶瓷不僅具有較好的透明性，而且還具有耐腐蝕，耐高溫、高強度、介電性能優(yōu)良、低電導率、高熱導性等性能，已成為一種新型的、備受矚目的功能材料，逐漸在照明技術、光學、特種儀器制造、無線電子技術及高溫技術等領域獲得日益廣泛的應用。目前國內外對透明陶瓷材料做了大量的研究工作，先后開發(fā)出Al203、Y203、Mg0、Ca0、Ti02、Th02、Zr02等氧化物透明陶瓷以及非氧化物透明陶瓷?？梢姽馔该鞣涓C陶瓷制備的難度很大，影響其透明度的主要因素有氣孔率、晶界結構、晶體結構、原料與第二相雜質、晶粒尺寸與添加劑、表面加工與光潔度等，同時還與制備工藝有關，包括粉體制備、成型工藝、燒結工藝以及后處理工藝等等。
[0003]有關文獻在《無機材料學報》、《上海大學學報》、《蘇州醫(yī)學院學報》和《河北陶瓷》等期刊上分別發(fā)表了“透明陶瓷材料現(xiàn)狀與發(fā)展”，“透明陶瓷一無機材料研究與發(fā)展重要方向之一”，“透明氧化鋁陶瓷的制備和體視學在其性能表征中的作用”，“透明氧化鋁陶瓷管工藝技術報告”和“透明氧化鋁陶瓷”等論文。也有CN102503381A “一種作為GaN基LED的襯底材料的Al2O3透明陶瓷及其制備方法”、CN103232227A“一種Ti摻雜α -Al 203透明陶瓷熱釋光材料的制備方法”等相關發(fā)明專利。
[0004]蜂窩陶瓷是一種多孔性的工業(yè)用陶瓷，其內部是許多貫通的三角、四方或六邊形狀的平行通道，具有比表面積大、耐腐蝕等特性，廣泛應用于機動車尾氣凈化和工業(yè)廢氣凈化的催化劑載體。發(fā)明專利“Lu、N共摻雜Ti02光催化蜂窩陶瓷網(wǎng)的制備方法”(申請?zhí)?01310348060.8)以蜂窩陶瓷網(wǎng)(孔密度為30?40個孔/cm2，孔的邊長是I?2mm的正方形或正三角形或正六邊形)作為光催化劑的第一載體，并負載摻雜的活性Al2O3為第二載體，最后負載摻入了稀土元素Lu和非金屬元素N的T12光催化膜，即得到光催化蜂窩陶瓷網(wǎng)。所述T12光催化膜中Lu: N: T12的質量比為0.01?0.16: 0.40?1.88: 97.94?99.54。采用該發(fā)明制得的光催化蜂窩陶瓷網(wǎng)的光催化膜透明、平滑、均勻，光催化劑的吸收帶紅移至600nm，對空氣中甲醛、甲苯的去除率分別為98.7%和92.2%，比使用純T12光催化膜分別提高了 2.0倍和1.9倍。
[0005]但是，至今尚未見到國內外有關可見光透明(或半透明)蜂窩陶瓷的報道，更未見到可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)作為光催化劑載體的報道?？梢灶A見，透明(或半透明)蜂窩陶瓷的發(fā)明，對采用光催化技術治理污染，特別是對利用太陽能實施光催化將會起到很大的促進，也將會帶來良好的經濟和社會效益。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是:旨在提供一種可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)的制備方法，使之對可見光具有半透明性。用它作為透明的納米光催化劑薄膜載體，可大大提高光的利用率，提高光催化反應效率，從而為利用太陽光實施光催化治理環(huán)境污染提供一種實用技術和材料。
[0007]本發(fā)明的技術方案是:一種可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)的制備方法，其特征在于制備方法如下:
[0008]主體原料為氧化鋁；燒結助劑為以下硝酸鹽中的至少4種=Y(NO3)3.6H20，La (NO3) 3.6H20，Ce (NO3) 3.6H20，Th (NO3) 4.4H20，Zn (NO3) 2.6H20，Zr (NO3) 4.5H20，Mg(NO3)2.6H20，Be(NO3)2.3H20，Ni (NO3)2.6H20等;粘結劑為羥基丙基纖維素或羥基甲基(或乙基)纖維素等；潤滑劑為甘油、乙二醇或丙三醇等；消泡劑為正丁醇或乙醇等；蒸餾水。
[0009]干坯體制備步驟:先將上述原料混勻混合捏合，然后在真空下脫氣練制2?3次使之塑性轉變，并在室溫下陳腐20?30h形成塑性泥料；泥料經過模具擠壓成型得到濕坯體，擠壓模具的橫截面為正方形或矩形或圓；濕坯體經過195?210°C射頻干燥0.4?0.5h得到干還體，最后切割成厚度為6_?15_的三維蜂窩陶瓷網(wǎng)干還體。
[0010]樣品燒成:將干坯體樣品置于爐內按以下燒成制度焙燒。
[0011]升溫:以80?120°C /h由室溫升溫至380?420 °C，然后以50?80 °C /h升溫至1400 ?1600°C，再以 20 ?40°C升溫至 1700 ?1900°C。
[0012]保溫:在1700?1900°C下保溫I?3h。
[0013]降溫:以300°C /h降溫至1100?1300°C，然后以150°C /h降至300?500°C，再以40?50°C /h降至室溫，得到半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)成品。
[0014]燒結助劑為以下硝酸鹽的至少包括Y(NO3)3.6H20，La(NO3)3.6H20，Mg(NO3)2.6H20為0.1?0.3三種。
[0015]本方案首先要嚴格控制各種原料的品質和質量組份數(shù):
[0016]采用的主體原料為高純度、超細度的a -Al2O3，含量為99.99?99.999%，雜質含量Si小于5ppm，Na小于lppm，F(xiàn)e小于3ppm，平均粒徑0.1?0.5 μ m，視密度或松裝密度0.3?0.6g/cm3，在混合原料中的質量組份數(shù)為95?100 ；
[0017]采用的燒結助劑均為水合硝酸鹽，分析純，它們在混合原料中的質量組份數(shù)分別為 -Y(NO3)3.6H20 為 0.1 ?0.6，La (NO3) 3.6H20 為 0.1 ?0.3，Ce (NO3) 3.6H20 為 O ?
0.3，Th (NO3) 4.4H20 為 O ?0.3，Zn (NO3) 2.6H20 為 0.1 ?0.3，Zr (NO3) 4.5H20 為 O ?0.3，Mg (NO3) 2.6H20 為 0.1 ?0.3，Be (NO3) 2.3H20 為 O ?0.3，Ni (NO3) 2.6H20 為 O ?0.3。
[0018]多種燒結助劑質量組份數(shù)為0.3-1.5以內。
[0019]潤滑劑:甘油、乙二醇或丙三醇等，分析純，在混合原料中的質量組份數(shù)為為2?1。
[0020]粘結劑:羥基丙基纖維素或羥基甲基(或乙基)纖維素等，分析純，在混合原料中的質量組份數(shù)為2?8。
[0021]消泡劑:正丁醇或乙醇等，分析純，在混合原料中的質量組份數(shù)為I?5。
[0022]蒸餾水，在混合原料中的質量組份數(shù)為18?28。
[0023]進一步的，在本發(fā)明中，也嚴格控制干坯體制備工藝:先將上述原料混勻混合捏合，然后在真空度-0.095?-0.099MPa下脫氣練制2?3次使之塑性轉變，并在15?30°C下陳腐20?30h形成塑性泥料；泥料經過模具擠壓成型得到濕坯體，擠壓模具的橫截面為正方形或矩形或圓，其邊長或圓的直徑為60mm?200mm，模具槽寬0.2?1.2mm，孔密度為100?400孔/平方英寸。濕坯體經過195?210°C射頻干燥0.4?0.5h得到干坯體，最后切割成厚度為6_?15_的三維蜂窩陶瓷網(wǎng)干還體。
[0024]進一步的，在本發(fā)明中，也嚴格控制樣品的燒成:將干坯體樣品置于硅鉬棒電爐內在氫氣流保護或真空條件下按燒成制度焙燒。
[0025]升溫:以80?120°C /h由室溫升溫至380?420 °C，然后以50?80 °C /h升溫至1400 ?1600°C，再以 20 ?40°C升溫至 1700 ?1900°C。
[0026]保溫:在1700?1900 °C下保溫I?3h。
[0027]降溫:以300°C /h降溫至1100?1300°C，然后以150°C /h降至300?500°C，再以40?50°C /h降至室溫，得到可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)成品。
[0028]進一步的，在本發(fā)明中，將得到的可見光半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)用游標尺、直尺和天平測量其幾何尺寸和體積密度，用壓力機測定其強度。另外，由于測定半透明三維蜂窩陶瓷網(wǎng)透光率的難度很大，本發(fā)明則采用分光光度法測量一種半透明薄片的透光率，它的制備材料和工藝類似于本發(fā)明樣品，可間接反映樣品透光率大小。
[0029]本發(fā)明的有益效果:通過混合捏合、真空練泥、陳腐、模具擠壓成型、濕坯體干燥、切割成網(wǎng)片、氫氣保護或真空條件下焙燒后得到半透明的蜂窩陶瓷網(wǎng)。其網(wǎng)的孔密度100?400孔/平方英寸，壁厚0.8?1.2mm，截面形狀為正方型或矩形或圓，邊長或直徑為60?200mm，網(wǎng)厚5?15mm，體積密度0.4?0.8g/cm3，軸向抗壓強度40?80Mpa，徑向抗壓強度10?20Mpa，測得與本樣品材料相同、制備工藝大致相同的半透明薄片對波長為645nm可見光的透光率為15?18%。本發(fā)明在嚴格控制原料的配比、制備工藝和燒成制度等條件下，采用優(yōu)化的陶瓷工藝制得了對可見光半透明的三維蜂窩陶瓷網(wǎng)，可做為透明納米光催化薄膜的載體。此二者結合不僅能使光催化劑膜能牢固附著與載體，而且由于它們都具有透光性便能大大提高可見光的利用率和光催化反應效率，是一種很有實用價值的光催化輔助材料，也為使用太陽光實施光催化提供了依據(jù)。該產品是透明納米光催化劑薄膜的理想載體，二者結合能提高光催化反應效率，從而可拓展利用太陽能實施光催化在環(huán)境治理中的應用。
【具體實施方式】
[0030]1、主體原料
[0031]a-Al2O3，含量為 99.99 ?99.999%，雜質含量 Si 小于 5ppm，Na 小于 lppm, Fe 小于3ppm，平均粒徑0.1?0.5 μ m，視密度或松裝密度0.3?0.6g/cm3，在混合原料中的質量組份數(shù)為95?100，市售。
[0032]2、燒結助劑
[0033]Y (NO3) 3.6H20，La (NO3) 3.6H20，Ce (NO3) 3.6H20，Th (NO3) 4.4H20，Zn (NO3) 2.6H20，Zr (NO3)4.5H20，Mg(NO3)2.6H20，Be(NO3)2.3H20 和 Ni (NO3)2.6H20 等硝酸鹽，均為分析純，市售。
[0034]3、有機添加劑和水
[0035]潤滑劑為甘油或丙三醇等，粘結劑為羥基丙基纖維素或羥基甲基(或乙基)纖維素等，消泡劑為正丁醇或乙醇等，均為分析純、市售，蒸餾水自制。
[0036]4、原料混合與處理
[0037]上述原料按以下質量份數(shù)混合:氧化鋁的質量份數(shù)為95?100，Y(NO3)3.6H20為0.1 ?0.6，La(N03)3.6Η20 為 0.1 ?0.3，Ce (NO3) 3.6Η20 為 O ?0.3，Th (NO3) 4.4Η20 為 O ?0.3，Zn (NO3) 2.6Η20 為 0.1 ?0.3，Zr (NO3) 4.5Η20 為 O ?0.3，Mg (NO3) 2.6Η20 為 0.1 ?0.3，Be (NO3) 2.3Η20 為 O ?0.3，Ni (NO3)2.6Η20 為 O ?0.3，蒸餾水為 18 ?28。
[0038]將上述原料混勻混合捏合，然后在真空度-0.095?-0.099MPa下脫氣練制2?3次使之塑性轉變，并在15?30°C下陳腐20?30h形成塑性泥料。
[0039]5、模具擠壓成濕坯體
[0040]擠壓模具的橫截面為正方形或矩形或圓，其邊長或圓的直徑為60mm?200mm，模具槽寬0.2?1.2mm，孔密度為100?400孔/平方英寸，塑性泥料經過模具擠壓成型得到濕坯體。
[0041]6、干坯體制備和切割
[0042]濕坯體經過195?210