一种具有微米级孔隙的氧化铝陶瓷材料的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无机非金属材料领域，特别设及具有微米级孔隙的氧化侣陶瓷材料。
【背景技术】
[0002] 氧化侣陶瓷具有机械强度高、硬度大、耐高温、绝缘强度高和耐腐蚀等优异性能， 因此被广泛应用于工业和生活的诸多领域。
[0003] 纯氧化侣粉体大约在1750°c开始蠕变和烧结。如此高的烧结温度，会带来很多实 际问题，例如畜炉耐火材料的使用寿命缩短，能源消耗过多，W及材料烧成性能不良等等。 解决问题的途径之一就是降低氧化侣的烧成温度，改善烧成工艺。
[0004] W氧化铺、氧化铜和二氧化铁等氧化物组成的复合助剂，对氧化侣陶瓷表现出良 好的低温烧结特性。例如，氧化铺-二氧化铁复合助剂可W使氧化侣在1250°c实现致密烧 结；氧化铜-二氧化铁复合助剂，在合适的组成比例下，也可W使氧化侣的烧结温度降低 至 1250°CW 下。
[0005] 氧化铜和二氧化铁的混合物在915°C左右生成低共烙物。其中二氧化铁可W与氧 化侣发生固相反应，使氧化侣实现烧结；而氧化铜主要起助烙作用，使二氧化铁原子容易迁 移到氧化侣颗粒表面，并与氧化侣发生反应。单独的二氧化铁对氧化侣的助烧效果并不显 著，单独的氧化铜则对氧化侣没有助烧效果。
[0006] 原则上用于氧化侣致密烧成的助剂也可W用于氧化侣多孔陶瓷的烧成。不过，多 孔陶瓷往往应用于一些特别的应用领域，对其耐化学腐蚀性和耐磨性等性能有较高的要 求。而多孔结构具有较大的比表面积，使烧成助剂及其与氧化侣的反应产物大面积地暴露 于应用的环境介质中。因此，对烧成助剂及其与氧化侣的反应产物也必然要求具有相应的 性能，W满足应用的要求。而通常的娃酸盐类矿物或玻璃助剂耐化学腐蚀性较差，不适合于 性能要求较高的应用领域。
[0007] 自从二十世纪八十年代W来，陶瓷分离膜在食品、化工、医药和水处理等工业领域 得到了广泛应用。陶瓷分离膜一般由支撑体和膜层两部分组成。膜层是起筛分作用的金属 氧化物多孔薄膜，其孔径细小均匀。支撑体是高开口气孔率的多孔陶瓷，其孔径大于膜层， 并具有较高的强度，使膜层保持机械稳定。陶瓷分离膜之所W得到广泛的应用，是因为具有 机械强度高、耐高温、耐化学腐蚀和耐磨损等优良性能。但是陶瓷分离膜的应用推广也受到 一些制约，主要因为与有机分离膜相比，其价格高、通量较低。
[000引采用廉价原料和降低烧成温度是减少多孔陶瓷生产成本的主要途径。对于性能要 求不高的应用领域，值得推荐的是采用价格相对低廉的娃酸盐类矿物原料制备多孔陶瓷支 撑体。但是对于性能要求较高的应用领域，尤其是对耐化学腐蚀要求较高的领域，还是得采 用氧化侣等价格较高的原料制备多孔陶瓷支撑体。在该种情况下，降低支撑体的烧成温度 就成为降低生产成本的主要途径。
[0009] 影响陶瓷分离膜通量的主要因素在于支撑体的多孔结构。高开口气孔率和大孔径 的多孔结构有利于分离膜通量的提高。制备高开口气孔率和大孔径的多孔陶瓷需要W粒径 较大的粉体为原料。然而粉体粒径越大，其烧结活性就越低。相应地需要更高的温度才能 烧成多孔陶瓷。因此，对于像氧化侣该类高温烧成的多孔陶瓷来说，降低烧成温度从经济效 益等方面来说具有重要的意义。
[0010] 氧化侣陶瓷分离膜支撑体的烧成，一般可W借鉴氧化侣致密烧成的方法。虽然氧 化侣致密化的烧成助剂都可W用于氧化侣陶瓷分离膜支撑体的烧成，但是考虑到后者对耐 化学腐蚀性和耐冲蚀性的特殊要求，因此烧成助剂的选择也应该考虑该些特殊的性能要 求。
[0011] 因此，在制备氧化侣多孔陶瓷的生产工艺中，在满足耐化学腐蚀和耐冲蚀性等特 殊性能要求的前提下，如何降低氧化侣多孔陶瓷的烧成温度，从而降低其生产成本，达到扩 大氧化侣多孔，特别是陶瓷分离膜应用范围的目的是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0012] 为解决上述问题，本发明提出了具有微米级孔隙的氧化侣陶瓷材料，该种陶瓷材 料具有很好的强度和耐腐蚀性能。
[0013] 本发明采用W下技术方案：
[0014] 一种具有微米级孔隙的氧化侣陶瓷材料，其是由包括侣、铁、铜、巧四种元素构成 的固烙体；所述氧化侣陶瓷材料中氧化侣的质量百分数不小于803%;所述铁、铜、巧=种元 素的摩尔比为；巧元素0. 5~30%，铜元素0. 5%~30%，铁元素40~99%。
[0015] 优选的，所述氧化侣陶瓷材料的微孔平均尺寸不小于0. 05 ym。
[0016] 进一步，所述氧化侣陶瓷材料的微孔平均尺寸为0. 05~20 ym。
[0017] 优选的，所述氧化侣陶瓷材料的开孔气孔率为20%~70%。
[001引优选的，所述铁、铜、巧S种元素的摩尔比为；巧元素1~15%，铜元素1%~ 15%，铁元素70~98%。
[0019] 本发明的有益效果在于：
[0020] 本发明中的氧化侣多孔陶瓷，能在满足耐化学腐蚀和耐冲蚀性等特殊性能要求的 前提下，有效的降低氧化侣多孔陶瓷的烧成温度，从而达到降低其生产成本，扩大其适用范 围，易于推广应用的目的，而且制备的氧化侣多孔陶瓷材料强度高，耐腐蚀性能好。
【附图说明】
[0021] 图1是本发明提供的氧化侣多孔陶瓷的SEM照片。
【具体实施方式】
[0022] 一种具有微米级孔隙的氧化侣陶瓷材料，其是由包括侣、铁、铜、巧四种元素构成 的固烙体；所述氧化侣陶瓷材料中氧化侣的质量百分数不小于80% ;所述铁、铜、巧=种元 素的摩尔比为；巧元素0. 5~30%，铜元素0. 5%~30%，铁元素40~99%。优选的，所述 铁、铜、巧S种元素的摩尔比为；巧元素1~15%，铜元素1 %~15%，铁元素70~98%。
[0023] 本发明所述的氧化侣陶瓷材料，是由原材料氧化侣粉体和烧成助剂烧结而成，所 述烧成助剂由巧-铜-铁=元素复合而成，其中，巧元素发挥了明显的作用。氧化巧与氧 化侣在1275°C可生成化合物CaAl4〇7,因此氧化巧对氧化侣也有一定的助烧作用，可见该种 =元复合烧成助剂可w使氧化侣陶瓷在更低的温度烧成，有利于降低氧化侣陶瓷的生产成 本。
[0024] 下面，进行具体的实验。
[0025] 1.原料选择
[0026] W a -氧化侣粉为氧化侣陶瓷的主要原料，W二氧化铁、氧化亚铜和/或氧化铜W 及氧化巧和/或氣化巧的=元混合物为烧成助剂。
[0027] 原料氧化侣粉体的中位粒径不大于200 y m，优选为0. 1~9. 999 y m。氧化侣多孔 陶瓷的孔隙尺寸受原料氧化侣粉体的中位粒径影响较大，例如使用中位粒径较小的a -氧 化侣原料制备小孔隙尺寸的氧化侣多孔陶瓷材料，原料中位