一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法

文档序号:9778903阅读:1033来源:国知局
一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于泡沫陶瓷技术领域,具体涉及一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002]泡沫陶瓷按孔隙之间关系可分为闭孔泡沫陶瓷和开孔泡沫陶瓷。氧化铝泡沫陶瓷由于具有高的比表面积、复杂的孔道分布,气孔尺寸可控,同时具有良好的化学稳定性,热稳定性以及较高的机械强度等优点,应用于熔融金属过滤、催化剂载体、保温隔热材料及建筑材料等领域。根据其应用的不同,也有相应的制备方法。
[0003]已发表的论文“聚氨酯模板法低温制备氧化铝泡沫陶瓷过滤器”中利用聚氨酯海绵浸渍氧化铝粉末与磷酸二氢铝制成的浆料,得到挂浆素坯,经800°C热解制备了氧化铝泡沫陶瓷过滤器。泡沫陶瓷的体积密度为1.21 g/cm3,其抗折强度最高可达4.55MPa。采用有机泡沫浸渍法所得到的多孔陶瓷材料的孔尺寸和结构完全取决于选用的有机泡沫的孔尺寸和结构,也与涂敷在网眼结构上的浆料厚度有关。此法能制备出孔隙率较高且为开孔的泡沫陶瓷,但是制品的力学性能较差,且有机物烧失量很大。
[0004]添加造孔剂法是在预制坯体的制备前,加入占有一定空间体积的造孔剂。在后续的烧结过程中,低燃点的造孔剂被烧结汽化离开基体,从而在坯体中行成一定的孔洞,实现泡沫陶瓷的制备。泡沫陶瓷中气孔的形状和分布取决于造孔剂的形状和分布状态,优势是可以得到形状复杂、气孔各异的泡沫材料,不足之处是气孔的分布均匀性不好。专利号为CN103787691A公开了以水和环戊烷的共混物为造孔剂,通过聚醚的聚合反应固化,再经开孔处理,高温烧结后制得氧化铝泡沫陶瓷。缺点是需额外的开孔处理,且要在氧乙炔环境中,增加了操作难度。
[0005]泡沫陶瓷作为保温隔热材料时,为了使其热导率更低,需要泡沫陶瓷具有更高的闭气孔率。发泡法适合于高闭气孔率陶瓷材料的制备,且制备出的泡沫陶瓷气孔率大、强度高。专利号CN 104311118A公开了在陶瓷粉体中添加多糖类有机发泡剂以及烧结助剂等,在120?180°C发泡固化后,烧成制得超轻氧化铝泡沫陶瓷,缺点是添加多糖含量高、发泡温度高。此外,发泡法制备多孔陶瓷过程中还易出现粉化剥落现象。

【发明内容】

[0006]本发明的目的是提供一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法,制备得到的泡沫陶瓷性能稳定,密度小、强度高。
[0007]为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷,其使用温度〈1700°C,抗压强度为7MPa?lOMPa,加热永久线收缩(1600°CX24h)〈1.5%,1000°C热面导热系数为0.40-0.60ff/m.K,体积密度为0.7-1.0g/cm3,气孔率为75?83%;化学组成中Al2O3含量2 95wt%,泡沫陶瓷的主晶相为基体和增强体的α-Α?2θ3,微量相还包括硅溶胶与基体和增强体高温反应产生的莫来石等。
[0008]一种氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷及其制备方法,包括以下步骤:
(1)制备陶瓷浆料
按重量配比,取氧化铝短纤维10~30wt%,Q-Al2O3粉体55?75wt%,造孔剂卜2%,流变剂O?lwt%,粘结剂5?15wt%,烧结助剂2?3wt%,充分混合搅拌,得到具有一定流变性能的浆料;
(2)制作陶瓷生坯
在充分混合后的浆料中加入2?5wt%的发泡剂后,70?80°C下加热搅拌20?40s,直至浆料发泡,在浆料未产生坍塌之前,注入预成型无孔模具中,得到湿坯,并与模具一起转移至恒温恒湿箱中在70?75°C下养护0.5?lh,待坯体固化后脱模,再置于鼓风干燥烘箱中于80?90°C下干燥4?5h,得到生坯;
(3)高温烧结成形
将生坯置于马弗炉中,以3°C/min的升温速率从100±10°C升温至900±50°C,保温50?70min;再以5°C/min从900±50°C升温至1600?1650°C,并保温100?120min,随炉冷却后经机加工处理,得到氧化铝闭孔泡沫陶瓷。
[0009]步骤(I)中,所述造孔剂为硫酸钙或石墨粉中的一种或其混合物,流变剂为羧甲基纤维素,粘结剂中,低温粘结剂为聚丙烯酰胺,高温粘结剂为硅溶胶或铝溶胶中的一种或其混合物,烧结助剂为高岭土或膨润土中的一种或其混合物。
[0010]进一步的,铝溶胶的制备工艺如下:将无水AlCl3溶于水与Al微粉按照摩尔比1:5,置于反应釜中,于90?100°C下回流反应2?3h后,过滤得到铝溶胶。
[0011 ] 进一步的,硅溶胶的制备工艺如下:取正硅酸乙酯(TE0S)和无水乙醇(EtOH)混合作为A液;蒸馏水中加入浓硝酸(HNO3)和冰醋酸(HAc)作为B液;将A液边搅拌边缓慢注入B液中,静置0.5?Ih后,即为硅溶胶,其中,各反应物的体积比为TEOS: ETOH: HNO3: HAc=2.5:1:0.3:0.3ο
[0012]步骤(I)中,氧化铝短纤维的制备工艺如下:将氧化铝凝胶纤维置于马弗炉中,以2°C/min从100°C升温至500°C,并保温0.5?Ih,随炉冷却后破碎形成3?5mm的短纤维。
[0013]步骤(2)中,发泡剂为双氧水或碳酸钙的一种或其混合物。
[0014]与现有技术相比,本发明的优点是:
(I)采用氧化铝纤维作为增强体,利用纤维的拔出、桥联,裂纹偏转等增强机理,提高了泡沫陶瓷基体的断裂韧性。
[0015](2)硅溶胶等物质与基体在高温下原位合成莫来石晶须等,提高了泡沫陶瓷的强度,起到进一步增韧的作用,同时高温形成的一些玻璃相能够有效地减少泡沫陶瓷的掉渣和粉化。
[0016](3)采用发泡法与造孔剂法相结合的方式,制得的微小气孔分布均匀,在不降低陶瓷抗压强度的情况下,进一步提高其气孔率,进而提高泡沫陶瓷的保温隔热性能。
【附图说明】
[0017]图1是本发明所述的氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷的实物图。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0019]实施例1:
取50ml的正硅酸乙酯(TEOS)和20ml的乙醇(EtOH)混合作为A液;50ml的水中加入6ml的浓硝酸(HNO3)和6ml的冰醋酸(HAc)作为B液;将A液边搅拌边缓慢注入B液中,静置0.5?Ih后,即为硅溶胶,制备得到的硅溶胶胶粒粒径小、直径分布窄,性能稳定,能保存20h以上。
[0020]将氧化铝凝胶纤维放入马弗炉中,以2°C/min的升温速率从100°C升温至500°C,并保温0.5~lh,使凝胶纤维完全碳化,随炉冷却后破碎成3?5mm的短纤维。
[0021 ] 取30wt%氧化招短纤维和55wt%的α-Α?2θ3粉体,加入石墨粉2.0wt%,羧甲基纤维素1.0wt%,聚丙稀酰胺1.0wt%,高岭土2.0wt%,娃溶胶6.0%和适量蒸馈水,充分混合搅拌,得到具有一定流变性能的浆料。再加入3.0wt%的碳酸钙后,70°C加热搅拌30s,酸性硅溶胶与碳酸钙反应,浆料发泡、体积膨胀。
[0022]在泡沫塌陷之前,将上述浆料注入预成型无孔模具中,得到湿坯,并与模具一起转移至恒温恒湿箱中在70°C下养护0.5h后发泡完毕。待坯体固化后脱模,再放入鼓风干燥烘箱中85°C干燥5h,得到生坯。生坯以3°C/min从100°C升温至900°C,保温60min,再以5°C/min升温至1600°C,并保温120min,然后随炉自然冷却。目的是在低温阶段有机物所产生的挥发性气体缓慢从陶瓷基体中逸出,形成泡沫状结构。同时使陶瓷基体不会因内应力过大而产生微裂纹等缺陷,保证了泡沫陶瓷的强度。经机加工处理后,得到氧化铝闭孔泡沫陶瓷,如图1所示。
[0023]目前制备的硅溶胶多采用添加氨水等碱性试剂水解法。缺点是氨水挥发会产生很强的刺激性,其次制备的胶粒粒径大、易团聚,保存时间短。烧结过程的升温速率如果过高会导致材料的开裂、变形,如果过低会减缓晶粒之间的致密化进程,降低制品的性能,且耗电量增加。经过多次试验,采用本实施例中的烧结工艺更为合理。
[0024]采用上述制法制得的氧化铝纤维增强的氧化铝闭孔泡沫陶瓷主晶相为氧化铝纤维和基体的CX-AI2O3,有机物等在尚温时完全挥发,样品中主要含有兀素为招、氧、娃和其他一些微量元素。该氧化铝泡沫陶瓷的体积密度约为0.75g/cm3,气孔率约为83%。1000°C热面导热系数约为0.42ff/m-K,加热永久线收缩(1600°C X 24h)约为1.3%,抗压强度约为7.6MPa。
[0025]实施例2:
将30g无水氯化铝溶于500ml水中,然后和30.3g铝微粉放入反应釜中,90?100°C加热回流2?3h,过滤得到铝溶胶(Al2O3的质量分数约为12.1%)。其ζ电位值约为35mV,可稳定保存至3d以上。
[0026]取2(^七%氧化铝短纤维和60wt°/c^a-Al203粉体,加入二水合硫酸钙2.0wt%,羧甲基纤维素I.0wt%,聚丙稀酰胺1.0wt%,招溶胶8wt%,膨润土3.0wt%。加入适量蒸馈水后充分混合搅拌,得到具有一定流变性能的浆料。再加入5.0wt%的过氧化氢溶液后,70°C加热搅拌40s,直至浆料发泡。
[0027]在泡沫塌陷之前,将上述浆料注入预成型无孔
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1