一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法。提出的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法以殼聚糖為有機(jī)聚合單體，采用戊二醛作為引發(fā)劑結(jié)合莫來石晶須原位生長技術(shù)來制備莫來石蜂窩陶瓷載體，得到全部由原位生長的晶須構(gòu)成的莫來石蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟為1）陶瓷漿料的制備,2）漿料的固化成型，3）樣品的烘干和坯體的燒結(jié)。本發(fā)明可以通過改變陶瓷漿料的固含量來調(diào)節(jié)孔隙率；整個陶瓷塊體由原位生長的莫來石晶須構(gòu)成，力學(xué)性能好。
【專利說明】
一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凝膠注模工藝是由美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的陶瓷成型工藝，該工藝可以在燒結(jié)前對樣品進(jìn)行任意成型凝膠注模工藝開發(fā)的目的是用來制備致密陶瓷，該工藝后來也開始應(yīng)用于多孔陶瓷的成型。如馬藝娟等(中國專利，公開號CN105481466A)利用凝膠注模工藝制備多孔磷酸鈣生物陶瓷材料;賈留寬等(中國專利，公開號CN105294111A)利用凝膠注模工藝制備高孔隙率的氮化硅多孔陶瓷。凝膠注模工藝是將陶瓷粉料混合聚合物單體配制成陶瓷漿料，然后加入交聯(lián)劑，使聚合物單體交聯(lián)成三維網(wǎng)絡(luò)，將陶瓷粉原位固化，然后再經(jīng)過排膠和燒結(jié)得到致密或是多孔陶瓷。傳統(tǒng)的凝膠注模用的有機(jī)單體一般為丙烯酰胺，該有機(jī)單體有毒，對環(huán)境危害較大。殼聚糖也可以作為凝膠注模成型的有機(jī)聚合單體，殼聚糖主鏈上的胺基可以與含羰基的化合物發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而對陶瓷漿料起到固化作用。利用殼聚糖作為有機(jī)聚合單體的優(yōu)點(diǎn)主要是無毒環(huán)保，不需要升溫在常溫下既可以快速固化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述技術(shù)現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的是提出一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，本發(fā)明利用新型的凝膠注模技術(shù)和莫來石晶須的原位生長技術(shù)來制備高孔隙率和孔徑分布可控的全晶須結(jié)構(gòu)的莫來石蜂窩陶瓷載體。
[0004]本發(fā)明為完成上述目的采用如下技術(shù)方案:
一種基于新型凝膠注模工藝制備蜂窩陶瓷載體的方法，所述的制備方法以殼聚糖為有機(jī)聚合單體，戊二醛作為引發(fā)劑，氧化鋁和二氧化硅作為莫來石前驅(qū)體粉末，外加晶須生長助劑，得到全部由莫來石晶須構(gòu)成的蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟如下:
1)陶瓷漿料的制備:氧化鋁、二氧化硅和晶須生長助劑按照65?78wt%:21?26wt%:1?10wt%的重量比加入到水中，再加入占粉體總質(zhì)量0.5 wt %的殼聚糖作為有機(jī)聚合單體配成固含量為40?70 wt %的陶瓷漿料，并在所述的陶瓷漿料中加入醋酸，使陶瓷漿料的PH值為1.5?5;
2)漿料的固化成型:將步驟I)所制備的陶瓷漿料倒入模具中并加入占陶瓷漿料總質(zhì)量0.6%的戊二醛作為引發(fā)劑，然后在常溫下靜置0.5?5小時固化成型；
3)樣品的烘干:將樣品脫模后在40?80°C烘干5?20小時得到陶瓷坯體；
4)坯體的燒結(jié):將步驟3)烘干得到的陶瓷坯體置于馬弗爐中以I?10°C/min升溫至10000C，保溫O?3小時后，再以I?7°C/min繼續(xù)升溫至1200?1600°C保溫I?5小時使坯體燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得到主晶相為莫來石相的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體。
[0005]所述的晶須生長助劑為氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬中的一種或幾種的混合。
[0006]所述的莫來石蜂窩陶瓷載體具有原位生長的晶須結(jié)構(gòu)。
[0007]所述莫來石蜂窩陶瓷載體的顯氣孔率為50%?83%。
[0008]所述莫來石蜂窩陶瓷載體的抗壓強(qiáng)度為5?80MPa。
[0009]本發(fā)明提出的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，采用殼聚糖作為凝膠注模成型的有機(jī)聚合單體，殼聚糖主鏈上的胺基可以與含羰基的化合物發(fā)生縮聚反應(yīng)，形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而對陶瓷漿料起到固化作用；利用殼聚糖作為有機(jī)聚合單體的優(yōu)點(diǎn)主要是無毒環(huán)保，不需要升溫在常溫下既可以快速固化；另外可以按照模具的形狀自由成型，也不需要復(fù)雜的排膠過程，是一種非常有應(yīng)用前景的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體制備方法;本發(fā)明可以通過改變陶瓷漿料的固含量來調(diào)節(jié)孔隙率；整個陶瓷塊體由原位生長的莫來石晶須構(gòu)成，力學(xué)性能好。
【附圖說明】
[0010]圖1為1500°C保溫2h的莫來石多孔陶瓷的XRD圖譜；橫坐標(biāo)為二倍衍射角，單位為度，縱坐標(biāo)為衍射強(qiáng)度的相對值。
[0011]圖2為實(shí)施例1中1500°C保溫兩小時燒結(jié)得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石多孔陶瓷的掃描電鏡(SEM)形貌。
[0012]圖3為實(shí)施例2中1500°C保溫兩小時燒結(jié)得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石多孔陶瓷的掃描電鏡(SEM)形貌。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明加以說明，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例。
[0014]實(shí)施例1:向200ml水中加入200g陶瓷粉體，其中Al2O3、二氧化硅、氟化鋁和三氧化鉬的質(zhì)量比為68:26:3:3;并加入占粉體總質(zhì)量0.5的％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調(diào)節(jié)PH值為1.5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料總質(zhì)量0.6wt%的戊二醛作為引發(fā)劑于常溫下靜置經(jīng)0.5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石多孔陶瓷微觀結(jié)構(gòu)如附圖2; 1500 °C保溫2h的莫來石蜂窩陶瓷載體的XRD圖譜見圖1。
[0015]實(shí)施例2:向200ml水中加入300g陶瓷粉體，其中AI2O3、二氧化娃、氟化招和五氧化二釩的質(zhì)量比為68:26:3:3;并加入占粉體總質(zhì)量0.5的％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料;向陶瓷漿料中加入醋酸調(diào)節(jié)PH值為2，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6wt%的戊二醛作為引發(fā)劑于常溫下靜置經(jīng)I小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石多孔陶瓷微觀結(jié)構(gòu)如附圖3，1500°C保溫2h的莫來石蜂窩陶瓷載體的XRD圖譜見圖1。
[0016]實(shí)施例3:向200ml水中加入300g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁質(zhì)量比為73:21:6;并加入占粉體總質(zhì)量0.5^%的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調(diào)節(jié)PH值為2，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發(fā)劑于常溫下靜置經(jīng)1.5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h。得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為77%，抗壓強(qiáng)度為16MPa。
[0017]實(shí)施例4:向128ml水中加入300g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬質(zhì)量比為65:25:4:3:3;并加入占粉體總質(zhì)量0.5?丨％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調(diào)節(jié)PH值為2.5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發(fā)劑于常溫下靜置經(jīng)3小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為50%，抗壓強(qiáng)度為80MPa。
[0018]實(shí)施例5:向300ml水中加入200g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁質(zhì)量比為78:21:1;并加入占粉體總質(zhì)量0.5^%的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調(diào)節(jié)PH值為5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發(fā)劑于常溫下靜置經(jīng)5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為83%，抗壓強(qiáng)度為5MPa0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，所述的制備方法以殼聚糖為有機(jī)聚合單體，戊二醛作為引發(fā)劑，氧化鋁和二氧化硅作為莫來石前驅(qū)體粉末，外加晶須生長助劑，得到全部由莫來石晶須構(gòu)成的蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟如下: I)陶瓷漿料的制備:氧化鋁、二氧化硅和晶須生長助劑按照65?78wt%: 21?26wt%: I?10wt%的重量比加入到水中，再加入占粉體總質(zhì)量0.5 wt %的殼聚糖作為有機(jī)聚合單體配成固含量為40?70 wt %的陶瓷漿料，并在所述的陶瓷漿料中加入醋酸，使陶瓷漿料的PH值為1.5?5; 漿料的固化成型:將步驟I)所制備的陶瓷漿料倒入模具中并加入占陶瓷漿料總質(zhì)量0.6%的戊二醛作為引發(fā)劑，然后在常溫下靜置0.5?5小時固化成型； 3)樣品的烘干:將樣品脫模后在40?80°C烘干5?20小時得到陶瓷坯體； 4)坯體的燒結(jié):將步驟3)烘干得到的陶瓷坯體置于馬弗爐中下以I?10°C/min升溫至10000C，保溫O?3小時后，再以I?7°C/min繼續(xù)升溫至1200?1600°C保溫I?5小時使坯體燒結(jié)，然后隨爐冷卻，得到主晶相為莫來石相的全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體。2.如權(quán)利要求1所述的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述的晶須生長助劑為氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬中的一種或幾種的混合。3.如權(quán)利要求1所述的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述的莫來石蜂窩陶瓷載體具有原位生長的晶須結(jié)構(gòu)。4.如權(quán)利要求1所述的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述莫來石蜂窩陶瓷的顯氣孔率為50%?83%。5.如權(quán)利要求1所述的一種制備全晶須結(jié)構(gòu)莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述莫來石多孔陶瓷的抗壓強(qiáng)度為5?80MPa。
【文檔編號】C04B35/636GK106007763SQ201610359350
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】趙會峰, 呂皓, 董雷, 田瑞平, 王 琦, 張振華, 黃小葉, 符有杰
【申請人】海南中航特?？萍加邢薰?br>