本发明属于zno陶瓷生产方法技术领域，具体涉及一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法。
背景技术：
在目前的大尺寸多孔zno陶瓷的生产过程中，一般是以zno粉体为原料，经过各种工艺加工成由zno粉体制成的多孔zno预制体。由于多孔zno预制体是由zno粉体堆砌而成，因为zno粉体之间的结合力属于范德华力，该结合力弱，造成zno粉体之间的结合强度不高。为了使得最终获得的多孔zno具有较好的力学性能，必须对由zno粉体制成的预制体进行烧结，使得个zno粉体时间实现原子键结合，提高粉体之间的结合力，从而使得预制体成为具有高强度的多孔zno陶瓷。因为zno属于陶瓷材料，为实现陶瓷粉体之间原子键结合，必须给粉体界面之间的原子提供足够的能量，因而烧结温度通常是很高的，一般在1100℃以上，有点甚至更高。高温长时间的烧结对烧结设备提出了更高的要求，而且这样高的温度下长时间烧结将照成能源的大量消耗。另外，高温烧结后的陶瓷的比表面低，对多孔zno陶瓷的应用产生不利影响(zno陶瓷制成多孔材料就是希望实现高比表面的获得，高温是不利于高比表面陶瓷的制取的)。因此探索在低温(比如低到300℃或更低的温度)实现大尺寸多孔zno陶瓷的制备将对多孔陶瓷的制备和应用产生颠覆性影响。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法，解决了目前大尺寸zno陶瓷生产中存在的烧结温度高、烧结时间长的问题。
本发明一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法所采用的技术方案，包括以下步骤：
步骤1、用al锭和zn锭配制al-zn单相固溶体：
步骤2、将所述al-zn单相固溶体放在naoh溶液中腐蚀，得到多孔zn；
步骤3、将所述多孔zn置于干燥箱中干燥；
步骤4、将经所述步骤3干燥后的多孔zn在低温下氧化，即得到多孔zno陶瓷。
本发明的特点还在于，
步骤1.1、将al锭和zn锭熔炼成zn含量为30～80％的zn-al合金熔体；
步骤1.2、将所述zn-al合金熔体在液态下直接铸淬成al-zn单相固溶体；
步骤1.1中al锭和zn锭的纯度均不低于99.9％。
步骤1.2中铸淬时冷却液为水或盐水，或者采用单滚或双滚的方法快速冷却。
步骤2中腐蚀时naoh溶液的浓度是0.1～5mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为1.2：1～5：1，naoh溶液的腐蚀温度为0℃～35℃，腐蚀时间为10～20h。
步骤3中干燥箱的温度为100～120℃，干燥时间为2～3h。
步骤4中低温氧化时，是在含氧的氧化性气氛于300～550℃下氧化2～4h，或者在低浓度的naoh溶液中于0～30℃温度下氧化3～10h。
含氧的氧化性气氛为空气或者纯氧中，低浓度的naoh溶液的浓度为0.1～2mol/l。
本发明的有益效果是：本发明的一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法，利用本发明提供的制备方法，能实现较低温度下生产具有宏观大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷，解决目前大尺寸多孔zno的生产必须经过高达1100～1300℃的温度长时间(大于2h)长时间保温而造成的烧结温度、烧结时间长、浪费大量能源且获得的多孔zno比表面积低等问题。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法，包括以下步骤：
步骤1、用al锭和zn锭配制al-zn单相固溶体，配置al-zn单相固溶体的具体步骤为：
步骤1.1、将al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量为30～80％的zn-al合金熔体，其中al锭和zn锭的纯度均不低于99.9％；
步骤1.2、将zn-al合金熔体在液态下直接铸淬成al-zn单相固溶体，其中铸淬时冷却液为水或盐水中的任意一种，或者采用单滚或双滚的方法快速冷却；
步骤2、将al-zn单相固溶体放在naoh溶液中腐蚀，得到多孔zn，其中naoh溶液的浓度是0.1～5mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al锭摩尔质量之比为1.2：1～5：1，naoh溶液的腐蚀温度为0℃～35℃，腐蚀时间为10～20h；
步骤3、将多孔zn置于干燥箱中100～120℃条件下干燥2～3h；
步骤4、将经步骤3干燥后的多孔zn在低温下氧化，低温氧化时，是在含氧的氧化性气氛于300～550℃下氧化2～4h，或在低浓度的naoh溶液中于0～30℃温度下氧化3～10h，其中含氧的氧化性气氛为空气或者纯氧，低浓度的naoh溶液的浓度为0.1～2mol/l，即得到多孔zno陶瓷。
实施例1
步骤1、把纯度大于99.9％的al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量(质量百分数)为30％的zn-al合金熔体，然后该合金熔体在液态下直接铸淬成宏观大尺寸的al-zn单相固溶体，铸淬采用nacl溶液冷却，冷却后的单相zn-al单相固溶体可以通过各种机械加工的方法加工成所需尺寸和形状的毛坯；
步骤2、把加工获得宏观大尺寸的al-zn固溶体在naoh溶液中腐蚀，去掉其中的al，便获得具有大尺寸、很高的比表面积的多孔zn；其中naoh溶液的浓度是0.1mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为5：1，腐蚀液的腐蚀温度为0℃，腐蚀时间为20h；
步骤3、把腐蚀得到的多孔zn在干燥箱中于100℃条件下干燥3h，便得到干燥后的具有大尺寸、很高的比表面积多孔zn；
步骤4、把干燥后的多孔zn在含氧的氧化性气氛(如空气或纯氧中)于300℃下氧化4h，氧化成宏观大尺寸的多孔zno，便得到最终的具有大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷。
实施例2
步骤1、把纯度大于99.9％的al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量(质量百分数)为80％的zn-al合金熔体，然后该合金熔体在液态下直接铸淬成宏观大尺寸的al-zn单相固溶体，铸淬采用nacl溶液冷却；冷却后的单相zn-al单相固溶体加工成所需尺寸和形状的毛坯；
步骤2、把加工获得宏观大尺寸的al-zn固溶体在naoh溶液中腐蚀，去掉其中的al，便获得具有大尺寸、很高的比表面积的多孔zn；其中naoh溶液的浓度是0.1mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为1.2：1，腐蚀液的腐蚀温度为20℃，腐蚀时间为10h；
步骤3、把腐蚀得到的多孔zn在干燥箱中于120℃条件下干燥2h，便得到干燥后的具有大尺寸、很高的比表面积多孔zn；
步骤4、把干燥后的多孔zn在0.1mol/l的naoh溶液中于0℃温度下氧化10h，氧化成宏观大尺寸的多孔zno，便得到最终的具有大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷。
实施例3
步骤1、把纯度大于99.9％的al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量(质量百分数)为50％的zn-al合金熔体，然后该合金熔体在液态下直接铸淬成宏观大尺寸的al-zn单相固溶体，铸淬采用kcl溶液冷却，冷却后的单相zn-al单相固溶体通过机械加工的方法加工成所需尺寸和形状的毛坯；
步骤2、把加工获得宏观大尺寸的al-zn固溶体在naoh溶液中腐蚀，去掉其中的al，便获得具有大尺寸、很高的比表面积的多孔zn；其中naoh溶液的浓度是1mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为2：1，腐蚀液的腐蚀温度为35℃，腐蚀时间为15h；
步骤3、把腐蚀得到的多孔zn在干燥箱中于110℃条件下干燥2.5h，便得到干燥后的具有大尺寸、很高的比表面积多孔zn；
步骤4、把干燥后的多孔zn在含氧的氧化性气氛(如空气或纯氧中)于550℃下氧化2h，氧化成宏观大尺寸的多孔zno，便得到最终的具有大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷。
实施例4
步骤1、把纯度大于99.9％的al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量(质量百分数)为65％的zn-al合金熔体，然后该合金熔体在液态下直接铸淬成宏观大尺寸的al-zn单相固溶体，铸淬采用nacl溶液冷却；冷却后的单相zn-al单相固溶体可以通过各种机械加工的方法加工成所需尺寸和形状的毛坯；
步骤2、把加工获得宏观大尺寸的al-zn固溶体在naoh溶液中腐蚀，去掉其中的al，便获得具有大尺寸、很高的比表面积的多孔zn；其中naoh溶液的浓度是2mol/l，nao溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为2：1，腐蚀液的腐蚀温度为20℃，腐蚀时间为13h；
步骤3、把腐蚀得到的多孔zn在干燥箱中于120℃条件下干燥2h，便得到干燥后的具有大尺寸、很高的比表面积多孔zn；
步骤4、把干燥后的多孔zn在2mol/l的naoh溶液中于0℃温度下氧化3h，氧化成宏观大尺寸的多孔zno，便得到最终的具有大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷。
实施例5
步骤1、把纯度大于99.9％的al锭和zn锭按照al、zn合金熔炼的要求熔炼成zn含量(质量百分数)为40％的zn-al合金熔体，然后该合金熔体在液态下直接铸淬成宏观大尺寸的al-zn单相固溶体，铸淬采用nacl溶液冷却，冷却后的单相zn-al单相固溶体通过各种机械加工的方法加工成所需尺寸和形状的毛坯；
步骤2、把加工获得宏观大尺寸的al-zn固溶体在naoh溶液中腐蚀，去掉其中的al，便获得具有大尺寸、很高的比表面积的多孔zn；其中naoh溶液的浓度是5mol/l，naoh溶液与al-zn单相固溶体中al的摩尔质量之比为4：1，腐蚀液的腐蚀温度为25℃，腐蚀时间为12h；
步骤3、把腐蚀得到的多孔zn在干燥箱中于100℃条件下干燥3h，便得到干燥后的具有大尺寸、很高的比表面积多孔zn；
步骤4、把干燥后的多孔zn在空气于450℃下氧化3.5h，氧化成宏观大尺寸的多孔zno，便得到最终的具有大尺寸、很高的比表面积和强度高的多孔zno陶瓷。
本发明的一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法，生产的多孔zno陶瓷具有以下特征：
特征1、用该方法可以实现宏观任意形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷的生产，该宏观大尺寸的多孔zno的尺寸和形状完全复制了铸淬后通过机加工得到的zn-al单相合金固溶体的形状和尺寸，因为zn-al合金固溶体能通过机加工的方法值得任意所需的形状和尺寸，故该方法便能生产出具有任意所需的形状和尺寸的多孔zno陶瓷；
特征2、用该方法可以在低温下实现宏观任意形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷的生产，在氧化性气氛(如空气或纯氧)中，可以在300～550℃下温度下实现宏观任意所需的形状和尺寸的大尺寸多孔zno的生产；而在naoh溶液中，可以在0～30℃温度下实现宏观任意所需的形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷的生产；
特征3、用该方法生产出的宏观任意形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷具有精细的纳米结构：多孔zno的骨架是纳米尺寸度的纳米zno薄片，因而该宏观任意所需的形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷具有很高的比表面积，可以高达60m2/g甚至更高；
特征4、用该方法生产出的宏观任意形状和尺寸的大尺寸多孔zno陶瓷具有很好的力学性能：其抗弯强度可达30mpa以上；而且，随多孔zno中孔隙率的降低，其强度会继续提升。
通过上述方式，本发明一种低温下生产多孔zno陶瓷的方法，解决了目前大尺寸多孔zno陶瓷的生产必须经过高达1100～1300℃的温度和长时间保温，而造成的烧结温度高、烧结时间长、浪费大量能源且获得的多孔zno比表面积低等问题，本发明提供了一种能实现宏观任意大尺寸的、具有高表面积(高达60m2/g)和高强度(弯曲强度可达30mpa)的多孔zno陶瓷的生产方法。