泡沫陶瓷的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及Ca-ZrO2泡沫陶瓷的新型注凝成型，属于结构陶瓷领域。
【背景技术】
[0002]21<)2泡沫陶瓷具有十分优异的物理和化学性能，除硫酸和氢氟酸外，对酸、碱及碱熔体、玻璃熔体和熔融金属具有良好的稳定性，而且热导率低、热稳定性好、高温蠕变小，使其在载体(M.J.Lee, J.H.Jung, K.Zhao, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J], 2014, 34:1771 -1776)、分离(B.A.Latella, E.G.Mehrtens.J.Mater.Sc1.[J], 2007, 42:5880 - 5882)和隔热(R.B.Zhang, R.J.He, ff.B.Zhou, et al.Mater.Design [J], 2014, 62:1 - 6)等方面应用前景广阔。目前，制备21<)2泡沫陶瓷的常用方法有添加造孔剂法(L.B.Garrido，M.P.Albano, K.P.Plucknett, et al.J.Mater.Process.Tech.[J], 2009, 209:590 - 598)、固相反应法(Z.Y.Deng, Y.Zhou, Y.1nagaki, et al.Acta.Mater.[J], 2003, 51:731 - 739)、冷凝干燥法(J.C.Han, C.Q.Hong, X.H.Zhang, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J], 2010, 30:53 -60)和注凝成型法(J.Zhou, C.A.Wang.J.Am.Ceram.Soc.[J]，2013，96 (I): 266 - 271)等。其中，注凝成型法因其技术工艺简单、易于成型、添加剂少，且能够获得足够强度的样品，在制备ZrO2^沫陶瓷中获得了广泛的应用(L.F.Hu，C.A.Wang, Y.Huang.J.Mater.Sc1.[J], 2010, 45: 3242 - 3246 ；L.Y.Shen, M.J.Liu, X.Z.Liu, et al.Mater.Res.Bul 1.[J]，2007，42:2048 - 2056)。但常用的注凝体系存在氧阻聚问题，并需要添加多种有机物，在一定程度上限制了其应用。最近，Y.Yang 等人(Y.Yang, S.Z.Shimai, S.ff.Wang.J.Mater.Res.[J]，2013，28 (11):1512-1516)开发了一种新的注凝体系(PIBM注凝体系)，该体系只需一种水溶性共聚物(异丁烯和马来酸酐按1:1共聚而成，简称PIBM)，用量少，能在常温下凝胶成型，且无毒、工艺简单、无氧阻聚现象；自从其被开发以来，已在多种陶瓷的制备中进行了应用(Y.Yang, S.Z.Shimai, Y.Sun, et al.J.Mater.Res.[J]，2013，28 (15): 2012-2016 ;X.P.Qin, G.H.Zhou, Y.Yang, et al.Ceram.1nt.[J]，2014，40:12745 - 12750 ；Y.Sun, S.Z.Shimai, X.Peng, et al.Ceram.1nt.[J], 2014, 40:8841 - 8845 ； J.Wang, F.Zhang, F.Chen, et al.J.Am.Ceram.Soc.[J], 2014, 97 (5): 1353 - 1355 ；X.Shu, J.Li, H.L.Zhang, etal.J.1norg.Mater.[J], 2014, 29 (3): 327-330)。
[0003]现在对掺杂ZrO^沫陶瓷的研宄主要集中于Y 203稳定的ZrO 2 (YSZ)(Z.Y.Deng, J.M.F.Ferreira a, Y.Tanaka, et al.Acta Mater.[J], 2007, 55:3663 - 3669)和 Al2O3惨杂 ZrO 2 (Z.Zivcova-Vlckova, J.Locs, M.Keuper, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J]，2012，32:2163 - 2172)上，对以CaO稳定的立方ZrO2泡沫陶瓷还没有相关报道，所以研宄制备CaO稳定的立方ZrO2 (简写为Ca-ZrO2)有很大的理论和实际意义。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备气孔率高、气孔尺寸小、分布均匀、隔热性能好、强度高的Ca-ZrO2泡沫陶瓷的制备方法以及由该制备方法制备的Ca-ZrO 2泡沫陶瓷。
[0005]在此，一方面，本发明提供一种注凝成型体系制备0&-21<)2泡沫陶瓷的方法，包括以下步骤:
(1)向均匀分散有0&-21<)2粉体和水溶性异丁烯类共聚物的水基浆料中加入发泡剂并进行发泡，得到泡沫浆料；
(2)将所得泡沫浆料注入模具成型，固化后脱模、干燥，得到泡沫坯体；
(3)将所得泡沫坯体进行烧结制得Ca-ZrO2泡沫陶瓷。
[0006]本发明中，注凝成型中只需一种添加剂(水溶性异丁烯类共聚物)作为凝胶剂和分散剂，无毒、工艺简单，首次用于ZrO2泡沫陶瓷的制备；其次，由于是制备的多孔泡沫陶瓷，收缩小，可以一次烧结成型，价格低、效率高；第三，首次制备了高气孔率泡沫陶瓷；最后得到的泡沫陶瓷密度小、气孔率高、隔热性能优异、具有一定的机械强度，为隔热、过滤等领域的应用奠定了基础。
[0007]较佳地，步骤⑴中，Ca-ZrO2粉体是CaO稳定的立方相ZrO 2，其中CaO含量为8?12mol %，d5。为 0.5 ?4.25 μ m。
[0008]较佳地，步骤(I)中，所述水溶性异丁烯类共聚物是由异丁烯和马来酸酐按1:1共聚而成。这样，其用量少，能在常温下凝胶成型，且无毒、工艺简单、无氧阻聚现象。
[0009]较佳地，步骤(I)中，所述水基浆料的固含量为42?48vol%，水溶性异丁烯类共聚物的添加量为0.5?0.9wt%。本发明中，作为添加剂的水溶性异丁烯类共聚物的添加量为少量即可，从而可以节约成本。
[0010]较佳地，步骤⑴中，所述发泡剂为EMAL TD (十二烷基硫酸三乙醇胺)、AMPHIT0L20Y-B (椰油酰两性基乙酸钠)和/或AMPHITOL 24B (月桂基甜菜碱)。
[0011]较佳地，步骤(I)中，所述发泡剂的添加量相对于所述水基浆料为0.3?1.5νο1 % ο
[0012]较佳地，步骤(2)中，所述固化是在20?30°C固化40?50小时。
[0013]较佳地，步骤(3)中，所述烧结是在1350?1500°C保温2?5小时。
[0014]另一方面，本发明还提供由上述制备方法制备的0&-21<)2泡沫陶瓷，所述Ca-ZrO2泡沫陶瓷所用的粉体是CaO稳定的立方相ZrO2，其中CaO含量为8?12mol %，d5(l为0.5?
4.25 μ m0
[0015]所述Ca-ZrO2泡沫陶瓷的收缩率为10?12.6%，密度为0.6?1.45g/cm3，气孔率为74?89 %，气孔尺寸为336?555 μ m，热导率为0.11?0.20ff/m.Κ，抗压强度为1.1?8.3MPa0
[0016]本发明的0&-21<)2泡沫陶瓷密度小、气孔率高、隔热性能优异、具有一定的机械强度，为隔热、过滤等领域的应用奠定了基础。
【附图说明】
[0017]图1.保温时间为2h，烧结温度分别为1350、1400、1450和1500°C时所得样品的收缩率;
图2.保温时间为2h，烧结温度分别为1350、1400、1450和1500°C时所得样品的密度； 图3.保温时间为2h，烧结温度分别为1350、1400、1450和1500°C时所得样品的气孔率;
图4.保温时间为2h，烧结温度分别为1350、1400、1450和1500°C时所得样品的抗压强度；
图5.烧结温度为1450°C，保温时间为2、3、4和5h时所得样品的收缩率；
图6.烧结温度为1450°C，保温时间为2、3、4和5h时所得样品的密度；
图7.烧结温度为1450°C，保温时间为2、3、4和5h时所得样品的气孔率；
图8.烧结温度为1450°C，保温时间为2、3、4和5h时所得样品的抗压强度；
图9.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol %时浆料的发泡率；
图10.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%时样品的密度；
图11.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%时样品的气孔率；
图12.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%时样品的抗压强度；
图13.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、1.0和1.5VoI %时样品的SEM断面形貌；
图14.烧结温度为1450°C，保温时间为3h，EMAL TD添加量分别为0.3,0.5,0.8、