一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷及其制备方法与流程

1.本发明属于氧化锆泡沫陶瓷技术领域，特别涉及一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷及其制备方法。


背景技术：

2.泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体，其结构如钢化的泡沫塑料或陶瓷化的海绵体。泡沫陶瓷包括氧化锆、氧化铝和碳化硅三种材质的产品。由于具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛应用于热交换材料、布气材料、汽车尾气装置、净化冶金工业过滤熔融态金属、热能回收、轻工喷涂、工业污水处理、隔热隔音材料、电解隔膜及分离分散元件等领域。
3.目前，国内泡沫陶瓷领域具有近十多家企业，大都在国内销售，出口较少。国内氧化锆泡沫陶瓷产品质量参差不齐，产品质量的差距主要体现在表面裂纹、表面光滑性、通透性、产品强度、网孔均匀性以及尺寸偏差等方面。市场上普通氧化锆泡沫陶瓷厂家大多提供中低端产品，高标准氧化锆泡沫陶瓷多依赖进口。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：提供一种高孔隙率、高抗弯强度的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷及其制备方法。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法：包括如下步骤：
6.s1、将聚氨酯泡沫进行碱洗后浸渍在羧甲基纤维素钠溶液中，烘干后获得泡沫基体；
7.s2、将镁稳定氧化锆粉体、pva水溶液、苯乙烯马来酸酐共聚物、黄原胶和磷酸三丁脂混合并进行研磨，获得陶瓷浆料；
8.s3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中，然后离心甩干并烘干，获得初级品；
9.s4、重复s3的步骤，获得半成品；
10.s5、将半成品烧结16～18小时，并在1600℃保温2～3h，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷。
11.进一步提供一种由前述镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷，所述镁稳定氧化锆泡沫陶瓷在体积密度为0.7～1.1g/cm3时，具有大于或等于80％的孔隙率和大于或等于2.45mpa的抗弯强度。
12.本发明的有益效果在于：本发明所提供的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法生产需求低、生产工艺简单、操作高效、无污染、同批次一致性比例高，次品率低；通过镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷体积密度可达到0.7～1.1g/cm3,同时孔隙率达到80％及以上，抗弯强度达到2.45mpa及以上，符合市场对高标准氧化锆泡沫陶瓷的要求。
附图说明
13.图1所示为本发明在具体实施方式中泡沫基体第一次上浆的照片；
14.图2所示为本发明在具体实施方式中泡沫基体第二次上浆的照片；
15.图3所示为本发明在具体实施方式中镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的照片；
16.图4所示为本发明在具体实施方式中镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的xrd照片。
具体实施方式
17.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
18.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法：包括如下步骤：
19.s1、将聚氨酯泡沫进行碱洗后浸渍在羧甲基纤维素钠溶液中，烘干后获得泡沫基体；
20.s2、将镁稳定氧化锆粉体、pva水溶液、苯乙烯马来酸酐共聚物、黄原胶和磷酸三丁脂混合并进行研磨，获得陶瓷浆料；
21.s3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中，然后离心甩干并烘干，获得初级品；
22.s4、重复s3的步骤，获得半成品；
23.s5、将半成品烧结16～18小时，并在1600℃保温2～3h，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷。
24.其中，聚氨酯泡沫作为有机前驱体，其具体为聚氨酯软泡，通过将聚氨酯泡沫依次进行碱洗和浸渍在羧甲基纤维素钠溶液中，以增强陶瓷浆料在上浆时的挂浆率(上浆量)。
25.优选的，所述碱洗为将聚氨酯泡沫在5～10％氢氧化钠溶液中浸渍30～45min；
26.所述羧甲基纤维素钠溶液浓度为0.2～0.5％，浸渍时间为1～2h。
27.从上述描述可知，通过对聚氨酯泡沫进行碱洗，聚氨酯泡沫和碱液发生水解反应，可有效去除泡沫孔筋间的隔膜并使泡沫表面变得粗糙，以及进一步将其浸渍在羧甲基纤维素钠中，以对所述聚氨酯泡沫表面改性，提高其对陶瓷浆料直接的结合强度，进一步提高其对陶瓷浆料的上浆量。
28.进一步的，所述镁稳定氧化锆粉体为粒径为1000目，中位粒径d50为4～5.5μm，d90为14～16μm的电熔镁稳定氧化锆粉体。
29.通过选用粒径为1000目的电熔镁稳定氧化锆粉，可有效提高镁稳定氧化锆粉体在陶瓷浆料中的分散性。
30.具体的，所述电熔镁稳定氧化锆粉体为电熔法制备的氧化镁部分稳定氧化锆，其中氧化镁的含量为2.0～2.3wt％。
31.优选的，所述pva水溶液的浓度为5％。
32.进一步的，所述镁稳定氧化锆粉体与pva水溶液的质量比为1:0.25～0.4。
33.进一步的，所述苯乙烯马来酸酐共聚物的添加量为0.045～0.1wt％；
34.所述黄原胶的添加量为0.18～0.5wt％；
35.所述磷酸三丁酯的添加量为0.045～0.1wt％。
36.其中，苯乙烯马来酸酐共聚物作为分散剂，可有效提高镁稳定氧化锆粉体在浆料中的分散性；黄原胶作为增稠剂可有效调节浆料粘稠度，从而进一步提高浆料的上浆量；磷
酸三丁酯作为消泡剂，可有效阻止浆料在混匀搅拌时起泡，同时促进浆料上浆均匀性。
37.优选的，所述离心甩干的转速为300～350rpm/min，所述烘干的温度为70～90℃。
38.优选的，所述烧结的烧成曲线为：0～200℃匀速升温2h，200℃保温2h，200～600℃匀速升温4h，600℃保温2h，600～1600℃匀速升温4h，1600℃保温2小时。
39.镁稳定氧化锆泡沫陶瓷，由前述镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法制备得到，所述镁稳定氧化锆泡沫陶瓷在体积密度为0.7～1.1g/cm3时，晶态为稳定的四方相形态(xrd检测如图4)，具有大于或等于80％的孔隙率和大于或等于2.45mpa的抗弯强度。
40.实施例1
41.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
42.步骤1、取φ59mm
×
22.5mm(直径为59mm、厚为22.5mm)、15ppi聚氨酯泡沫放置在浓度为10％的naoh溶液中浸泡30min，将浸泡过的泡沫清洗后再放入浓度为0.5％的羧甲基纤维素钠溶液中浸泡2h，取出泡沫清洗后烘干，获得泡沫基体。
43.步骤2、取1000目镁稳定氧化锆粉体40kg、浓度为5％的pva水溶液11kg、苯乙烯马来酸酐共聚物25g、磷酸三丁酯25g、黄原胶120g加入球磨机中研磨1.5h，得到均匀性、流动性良好的陶瓷浆料。
44.步骤3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中。
45.步骤4、将步骤3中浸渍过的泡沫基体置于离心机上，以300rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得初级品(参见图1)。
46.步骤5、将初级品再次在步骤2中的陶瓷浆料中浸渍。
47.步骤6、将步骤5中浸渍过的初级品置于离心机上，以330rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得半成品(参见图2)。
48.步骤7、将半成品置于高温电阻炉中加热煅烧16个小时，其中烧成曲线：0～200℃匀速升温2h，200℃保温2h，200～600℃匀速升温4h，600℃保温2h，600～1600℃匀速升温4h，1600℃保温2小时。随炉冷切，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷(参见图3)。
49.从图1至图3可以看出，制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷孔隙丰富且均匀，孔径分布均匀，且陶瓷浆料上浆量高。
50.实施例2：
51.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
52.步骤1、取φ59mm
×
22.5mm(直径为59mm、厚为22.5mm)、15ppi聚氨酯泡沫放置在浓度为8％的naoh溶液中浸泡30min，将浸泡过的泡沫清洗后再放入浓度为0.4％的羧甲基纤维素钠溶液中浸泡2h，取出泡沫清洗后烘干，获得泡沫基体。
53.步骤2、取1000目镁稳定氧化锆粉体40kg、浓度为5％的pva水溶液12kg、苯乙烯马来酸酐共聚物25g、磷酸三丁酯25g、黄原胶110g加入球磨机中研磨1.5h，得到均匀性、流动性良好的陶瓷浆料。
54.步骤3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中。
55.步骤4、将步骤3中浸渍过的泡沫基体置于离心机上，以320rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得初级品。
56.步骤5、将初级品再次在步骤2中的陶瓷浆料中浸渍。
57.步骤6、将步骤5中浸渍过的初级品置于离心机上，以350rpm/min的转速离心15s，
然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得半成品。
58.步骤7、将半成品置于高温电阻炉中加热煅烧16个小时，其中烧成曲线：0～200℃匀速升温2h，200℃保温2h，200～600℃匀速升温4h，600℃保温2h，600～1600℃匀速升温4h，1600℃保温2小时，随炉冷切，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷。
59.实施例3：
60.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
61.步骤1、取φ81mm
×
22.5mm(直径为81mm、厚为22.5mm)、15ppi聚氨酯泡沫放置在浓度为6％的naoh溶液中浸泡30min，将浸泡过的泡沫清洗后再放入浓度为0.3％的羧甲基纤维素钠溶液中浸泡1.5h，取出泡沫清洗后烘干，获得泡沫基体。
62.步骤2、取1000目镁稳定氧化锆粉体40kg、浓度为5％的pva水溶液13.5kg、苯乙烯马来酸酐共聚物25g、磷酸三丁酯25g、黄原胶110g加入球磨机中研磨1.5h，得到均匀性、流动性良好的陶瓷浆料。
63.步骤3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中。
64.步骤4、将步骤3中浸渍过的泡沫基体置于离心机上，以300rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得初级品。
65.步骤5、将初级品再次在步骤2中的陶瓷浆料中浸渍。
66.步骤6、将步骤5中浸渍过的初级品置于离心机上，以350rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得半成品。
67.步骤7、将半成品置于高温电阻炉中加热煅烧16个小时，其中烧成曲线：0～200℃匀速升温2h，200℃保温2h，200～600℃匀速升温4h，600℃保温2h，600～1600℃匀速升温4h，1600℃保温2小时，随炉冷切，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷。
68.实施例4：
69.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
70.步骤1、取φ81mm
×
22.5mm(直径为81mm、厚为22.5mm)、15ppi聚氨酯泡沫放置在浓度为6％的naoh溶液中浸泡30min，将浸泡过的泡沫清洗后再放入浓度为0.2％的羧甲基纤维素钠溶液中浸泡1.5h，取出泡沫清洗后烘干，获得泡沫基体。
71.步骤2、取1000目镁稳定氧化锆粉体40kg、浓度为5％的pva水溶液15kg、苯乙烯马来酸酐共聚物25g、磷酸三丁酯25g、黄原胶100g加入球磨机中研磨1.5h，得到均匀性、流动性良好的陶瓷浆料。
72.步骤3、将泡沫基体浸渍在陶瓷浆料中。
73.步骤4、将步骤3中浸渍过的泡沫基体置于离心机上，以320rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得初级品。
74.步骤5、将初级品再次在步骤2中的陶瓷浆料中浸渍。
75.步骤6、将步骤5中浸渍过的初级品置于离心机上，以380rpm/min的转速离心15s，然后将其置于鼓风烘箱中70℃下烘干30min，获得半成品。
76.步骤7、将半成品置于高温电阻炉中加热煅烧16个小时，其中烧成曲线：0～200℃匀速升温2h，200℃保温2h，200～600℃匀速升温4h，600℃保温2h，600～1600℃匀速升温4h，1600℃保温2小时，随炉冷切，获得镁稳定氧化锆泡沫陶瓷。
77.对比例1
78.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，与实施例1的区别在于：聚氨酯泡沫未经过碱洗和羧甲基纤维素钠浸渍的步骤。
79.对比例2
80.一种镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法，与实施例1的区别在于：陶瓷浆料的组成为：1000目镁稳定氧化锆粉体40kg、浓度为5％的pva水溶液11kg、磷酸三丁酯25g。
81.检测例
82.将实施例1～3及对比例1和2制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷物性及机械性能检测，检测结果如表1所示。
83.表1
84.项目规格孔密度体积密度g/cm3孔隙率％抗弯强度mpa实施例1φ50*2020ppi0.95～1.1≥80≥2.9实施例2φ50*2020ppi0.9～1.0≥82≥2.75实施例3φ70*2020ppi0.82～0.9≥83.5≥2.6实施例4φ70*2020ppi0.75～0.83≥85≥2.45对比例1φ50*2020ppi0.6～0.65≥80≥2.1对比例2φ50*2020ppi0.62～0.66≥80≥2.1
85.从表1可以看出，实施例1～4制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的体积密度可达到0.7～1.1g/cm3，具有高孔隙率和高抗弯强度，同时孔径分布均匀，通透性好。
86.综上所述，本发明所提供的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法生产需求低、生产工艺简单、操作高效、无污染、同批次一致性比例高，次品率低；通过镁稳定氧化锆泡沫陶瓷的制备方法制备得到的镁稳定氧化锆泡沫陶瓷体积密度可达到0.7～1.1g/cm3,同时孔隙率达到80％及以上，抗弯强度达到2.45mpa及以上，符合市场对高标准氧化锆泡沫陶瓷的要求。
87.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。