保持5-10分钟，直到浆料全部凝固成巧体;在定向冷冻过程中，塑料模具 的外面包覆一层绝热材料；
[0化4] (5)将凝固的巧体放到真空干燥机里，在-30~-2°c，2~20化的环境中保持18~48 小时，使凝固的固体溶剂升华，对巧体干燥;所述的凝固的固体溶剂为水和叔下醇；
[0化5] (6)将巧体放入管式炉中，W2~l(TC/min的升溫速率升溫至1300~150(TC保溫2 ~4小时，其中在200~400°C保溫0.5~2.0小时，W达到对PVA、PVB等有机物的分解，整个烧 结过程在空气气氛中，标准大气压下完成，不需要保护性气体，烧结完成后随炉冷却后取出 样品，即得到多孔莫来石陶瓷材料。
[0056] WTBA为溶剂，制备的多孔莫来石具有定向排列的通道孔结构，孔径5-30皿，微观 结构上有棒状莫来石晶体生成，它们相互交错形成小于扣m的小孔，运使得制备的莫来石具 有开孔结构。W水为溶剂，制备的多孔莫来石具有片层状孔隙结构，孔隙宽度5-40WH，运些 片层状孔隙结构局部排列整齐，但是从宏观上看是相互交错的，微观结构上同样有相互交 错的棒状莫来石和小孔生成，和TBA溶剂类似。
[0057] 表1为制备的莫来石材料的孔隙率和力学性能，其中抗压强度是沿着冷冻方向测 定。
[0化引 表1 [0化9]
[0060]实施例1.将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100:0的比例混合均匀，然后与溶液(叔 下醇(TBA) +0.5wt. %聚乙締醇缩下醒(PVB) +0.. %硬脂酸）按体积比1:10混合，制备得 到均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮(-196°C)定向冷冻，然后 转入冷冻干燥机中在-30°C，20Pa环境下放置48小时使固态的TBA升华排出得到圆柱形多孔 巧体，将生巧放入管式炉中，W2°C/min的升溫速率升溫至1300°C保溫4小时，整个烧结过程 通空气完成，不需要保护性气体，其中，200°C保溫2小时，W达到对PVB等有机物的分解，烧 结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为80%，体积密度0.57g/cm 3，抗压强度5.4MPa 的多孔莫来石陶瓷材料。
[0061 ]实施例2 .将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100: 20的比例混合均匀，然后与溶液 (叔下醇TBA+1.. %聚乙締醇缩下醒PVB+0.6wt. %硬脂酸)按体积比1:7混合，制备得到 均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮+干冰(-170°C)定向冷冻，然 后转入冷冻干燥机中在-25°C，16Pa环境下放置42小时使固态的TBA升华排出得到圆柱形多 孔巧体，将生巧放入管式炉中，W3°C/min的升溫速率升溫至1300°C保溫4小时，整个烧结过 程通空气完成，不需要保护性气体，其中，200°C保溫2小时，W达到对PVB等有机物的分解， 烧结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为68%，体积密度Ig/cm 3,抗压强度37MPa的 多孔莫来石陶瓷材料。
[0062] 实施例3.将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100:40的比例混合均匀，然后与溶液 (叔下醇TBA+2. Owt. %聚乙締醇缩下醒PVB+1. Owt. %硬脂酸)按体积比1:4混合，制备得到 均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮+干冰(-150°C)定向冷冻，然 后转入冷冻干燥机中在-20°C，13Pa环境下放置36小时使固态的TBA升华排出得到圆柱形多 孔巧体，将生巧放入管式炉中，W4°C/min的升溫速率升溫至1400°C保溫3小时，整个烧结过 程通空气完成，不需要保护性气体，其中，300°C保溫1.0小时，W达到对PVB等有机物的分 解，烧结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为60%，体积密度1.23g/cm 3,抗压强度 49.4MPa的多孔莫来石陶瓷材料。
[0063] 实施例4.将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100:50的比例混合均匀，然后与溶液 (水+2wt. %聚乙締醇PVA+0.5wt. %-水合巧樣酸)按体积比1:10混合，W10化/min室溫揽 拌2小时，制备得到均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮+干冰(-120 °C )定向冷冻，然后转入冷冻干燥机中在-10 °C，1 OPa环境下放置30小时使固态的TBA升 华排出得到圆柱形多孔巧体，将生巧放入管式炉中，W6°C/min的升溫速率升溫至1400°C保 溫3小时，整个烧结过程通空气完成，不需要保护性气体，其中，300°C保溫1.0小时，W达到 对PVA等有机物的分解，烧结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为83 %，体积密度 0.49g/cm3，抗压强度3.4M化的多孔莫来石陶瓷材料。
[0064] 实施例5 .将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100:60的比例混合均匀，然后与溶液 (水+3wt. %聚乙締醇PVA+1. Owt. % -水合巧樣酸)按体积比1:6混合，W15化/min室溫揽拌 2小时，制备得到均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮+干冰(-100 °C)定向冷冻，然后转入冷冻干燥机中在-5 °C，5化环境下放置24小时使固态的TBA升华排出 得到圆柱形多孔巧体，将生巧放入管式炉中，W8°C/min的升溫速率升溫至1500°C保溫2小 时，整个烧结过程通空气完成，不需要保护性气体，其中，400°C保溫0.5小时，W达到对PVA 等有机物的分解，烧结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为72%，体积密度0.88g/ cm3，抗压强度12. SMPa的多孔莫来石陶瓷材料。
[0065] 实施例6.将煤杆石和Al2〇3粉末按照质量比100:72.88的比例混合均匀，然后与溶 液(水+4wt. %聚乙締醇PVA+2.0wt. %-水合巧樣酸)按体积比1:4混合，W2(K)r/min室溫揽 拌2小时，制备得到均匀浆料，将浆料注入圆柱形塑料模具，放在铜柱上，使用液氮+干冰(-80°C)定向冷冻，然后转入冷冻干燥机中在-2°C，2化环境下放置18小时使固态的TBA升华排 出得到圆柱形多孔巧体，将生巧放入管式炉中，W1 (TC/min的升溫速率升溫至1500°C保溫2 小时，整个烧结过程通空气完成，不需要保护性气体，其中，40(TC保溫0.5小时，W达到对 PVA等有机物的分解，烧结完成后随炉冷却后取出样品，得到孔隙率为67%，体积密度 0.98g/cm3，抗压强度16MPa的多孔莫来石陶瓷材料。
【主权项】
1. 一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料，其特征是：多孔莫来石材料:原料组成比 例为每l〇〇g煤矸石加入0-72.88g Al2〇3粉末，控制原料中Al2〇3的质量分数为50-72%;制备 的莫来石孔隙为定向孔道结构。2. 根据权利要求1所述的一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料，其特征是:所述的 莫来石孔道的孔隙率在60%~83%之间。3. 权利要求1所述的一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料的制备方法，其特征是： 多孔莫来石的制备方法:包括浆料的制备，浆料的定向冷冻，冷冻坯体的低温低压干燥和生 坯的烧结； 具体工艺步骤如下： (1) 将煤矸石和Al2〇3粉末按照每100g煤矸石加入0_72.88g Al2〇3粉末的比例在酒精介 质中球磨混合均匀，并干燥； (2) 配制两种溶液：1)叔丁醇+ 0.5-2.0 wt. %聚乙稀醇缩丁醛+0.2-1.0 wt. %硬脂 酸;其中：叔丁醇作溶剂，聚乙烯醇缩丁醛作粘结剂，硬脂酸作分散剂；Π )水+2-4 wt.%聚 乙烯醇+0.5-2.0 wt. % -水合柠檬酸;其中：水作溶剂，PVA作粘结剂，一水合柠檬酸作分 散剂； (3) 将步骤(1)中混合干燥好的粉末加入到两种不同的溶液中，粉末和溶液按照体积比 1:10到1:4混合，以100-200r/min室温搅拌2小时，混合均匀，配制成浆料； (4) 将混合好的浆料倒入塑料模具中，将模具放到实心铜柱上，铜柱用-196~-80°C的液 氮+干冰降温，通过干冰调节液氮的温度，液氮浸没铜柱底部10_20mm处，将盛装浆料的模具 放在铜柱上保持5-10分钟，直到浆料全部凝固成坯体;在定向冷冻过程中，塑料模具的外面 包覆一层绝热材料； (5) 将凝固的坯体放到真空干燥机里，在-30~-2°C，2~20Pa的环境中保持18~48小时，使 凝固的固体溶剂升华，对坯体干燥;所述的凝固的固体溶剂为水和叔丁醇； (6) 将坯体放入管式炉中，以2~10°C/min的升温速率升温至1300~1500°C保温2~4小时， 其中在200~400 °C保温0.5~2.0小时，以达到对叔丁醇、聚乙烯醇缩丁醛有机物的分解，整个 烧结过程在空气气氛中，标准大气压下完成，不需要保护性气体，烧结完成后随炉冷却后取 出样品，即得到多孔莫来石陶瓷材料。
【专利摘要】一种高孔隙率定向孔结构多孔莫来石材料及其制备方法，属于制备多孔莫来石材料及其工艺方法。该方法采用冷冻干燥技术，结合烧结工艺，步骤包括：将煤矸石和Al2O3粉末混合，分别与叔丁醇基(TBA)或水基溶液按一定体积比混合成均匀浆料，通过流动成型注入塑料模具中用-196～-80℃液氮定向冷冻，然后低温-30～-2℃，低压2～20Pa环境中干燥，最后在空气中1300～1500℃烧结，制备的莫来石孔隙率60-83％，孔隙结构定向整齐排列，得到多孔莫来石陶瓷材料。优点：(1)得到高孔隙率、孔通道定向排列的多孔莫来石陶瓷；(2)粘结剂的加入使冷冻干燥后的样品保持完好；(3)浆料浇铸后冷冻干燥成型，得到复杂形状的样品；(4)使煤矿副产物煤矸石得到利用，减少了煤矸石的环境污染和危害。
【IPC分类】C04B38/06, C04B35/185, C04B35/632, C04B35/634, C04B35/622
【公开号】CN105669174
【申请号】CN201610023915
【发明人】冯培忠, 王 章, 王晓虹, 耿鹏, 康学勤, 牛继南
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月14日