多孔氧化铝陶瓷及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种多孔氧化铝陶瓷及其制备方法。其中，按照质量百分含量，该多孔氧化铝陶瓷的原料包括如下组分：40％～60％的氧化铝、30％～50％的硅藻土和6％～15％的硅溶胶，硅溶胶中的二氧化硅的质量百分含量为25％～30％。上述多孔氧化铝陶瓷具有较好的透过性和较好的强度。
【专利说明】
多孔氧化铝陶瓷及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及陶瓷材料领域，尤其涉及一种多孔氧化铝陶瓷及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 多孔陶瓷是一种新型的陶瓷材料，其具有分布均匀的孔洞、具有非常大的比表面 积、具有独特的物理表面特性、具有对液体和气体介质有选择的透过性以及能够吸收能量 (如声波）或具有阻尼特性，且其孔隙率较高、体积密度小；同时，由于陶瓷材料本身就具有 耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、高强度、高硬度和高弹性模量等优良性能，这就使多孔陶瓷这一绿 色材料可以在气体或液体过滤、净化分离、化工催化载体、吸声减震、高级保温材料、生物植 入材料、特种墙体材料和传感器材料等多方面得到了广泛的应用。
[0003] 而在众多的多孔陶瓷材料中，由于多孔氧化铝陶瓷具有原料便宜、材料强度好、制 造成本低廉、热传导性能低、抗老化等优良特性，而成为应用最为广泛的一种多孔陶瓷材 料。多孔氧化铝陶瓷是指以氧化铝为骨料，通过在材料成形与高温烧结过程而在内部形成 大量彼此相通或闭合的孔洞。通常多孔氧化铝陶瓷的制备方法有挤压成型、颗粒堆积形成 气孔结构、气体发泡形成多孔结构、有机泡沫浸渍成型法、造孔剂法、溶胶凝胶法和凝胶注 模法等。在这几种制备方法中，造孔剂法因为工艺简单、制备周期短、孔径和孔隙率可控、以 及制备的多孔陶瓷具有良好的强度等优点而被广泛采用。
[0004] 然而，目前使用造孔剂法制备的多孔氧化铝陶瓷的孔隙率较低，一般都在50%以 下，致使其透过性较差；孔隙率稍高一些，就会导致多孔氧化铝陶瓷的强度降低，直接影响 到其正常使用。
【发明内容】
[0005] 鉴于此，有必要提供一种透过性较好且强度较好的多孔氧化铝陶瓷。
[0006] 此外，还要提供一种多孔氧化铝陶瓷的制备方法。
[0007] -种多孔氧化铝陶瓷，按照质量百分含量，所述多孔氧化铝陶瓷的原料包括如下 组分：40 %~60 %的氧化铝、30 %~50 %的硅藻土和6 %~15 %的硅溶胶，所述硅溶胶中的 二氧化娃的质量百分含量为25 %~30%。
[0008] -种多孔氧化铝陶瓷的制备方法，包括如下步骤：
[0009] 按照质量百分比称取如下组分：40%~60%的氧化铝、30%~50%的硅藻土和 6%~15%的硅溶胶，所述硅溶胶中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30% ;
[0010] 使用封孔剂对所述硅藻土进行预处理，其中，所述封孔剂为石蜡或聚乙二醇；
[0011] 将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝于水中混合，得到混合浆料；
[0012] 将所述混合浆料干燥和破碎，得到复合粉体；
[0013] 将所述复合粉体成型，得到坯体；及
[0014] 将所述坯体于1450°C~1600°C保温烧结1小时~5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。
[0015] 在其中一个实施例中，使用所述封孔剂对所述硅藻土进行预处理的步骤为：将所 述封孔剂溶解于溶剂中，得到预处理液，其中，所述封孔剂与所述硅藻土的质量比为10~ 25:100 ;对所述硅藻土抽真空直至真空度为5Pa~10Pa后，加入所述预处理液，接着经过滤 和干燥，得到预处理的所述硅藻土。
[0016] 在其中一个实施例中，所述预处理液中的封孔剂的质量百分含量为10%~20%。
[0017] 在其中一个实施例中，所述溶剂为煤油、正己烷或二甲苯。
[0018] 在其中一个实施例中，在使用所述封孔剂对所述硅藻土进行预处理的步骤之前， 还包括对所述硅藻土的造粒步骤：将所述硅藻土球磨，接着过1〇〇目筛~200目筛。
[0019] 在其中一个实施例中，将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝于水中 混合的步骤为：将所述氧化铝加水球磨10小时~30小时，得到氧化铝浆料；接着将预处理 的所述娃藻土、所述娃溶胶与所述氧化错衆料混合并球磨。
[0020] 在其中一个实施例中，在将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝浆料 混合并球磨的步骤中，球磨时的转速为5~15转/分钟。
[0021] 在其中一个实施例中，在将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝浆料 混合并球磨的步骤中，预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝浆料的质量之和与 球磨子的质量比1:0. 5~1。
[0022] 在其中一个实施例中，将所述氧化铝加水球磨的步骤中，所述氧化铝、球磨子与水 的质量比为1:3~5:0. 5~1。
[0023] 上述多孔氧化铝陶瓷的原料中的硅藻土为造孔剂，因硅藻土是由海河中的单细胞 低等水生植物硅藻的遗骸经过几百万年的沉积矿化作用而形成的生物矿物材料，所以将其 作为造孔剂能够给多孔氧化铝陶瓷带来独特且有序排列的微孔结构，使得陶瓷具有较高的 孔隙率、合适的孔径及较高的开孔率；其中的氧化铝使陶瓷具有较好的强度；而硅溶胶作 为氧化铝和硅藻土的粘结相，通过在氧化铝和硅藻土的接触位置原位生成莫来石相，进一 步提高了多孔氧化铝陶瓷的强度，从而使得由硅藻土、氧化铝和硅溶胶共同得到的多孔氧 化铝陶瓷具有较好的透过性和较好的强度。
【附图说明】
[0024] 图1为一实施方式的多孔氧化铝陶瓷的制备方法的流程图。
【具体实施方式】
[0025] 下面主要结合附图及具体实施例对多孔氧化铝陶瓷及其制备方法作进一步详细 的说明。
[0026] 一实施方式的多孔氧化铝陶瓷，按照质量百分含量，多孔氧化铝陶瓷的原料包括 如下组分：40%~60%的氧化铝、30%~50%的硅藻土和6%~15%的硅溶胶。
[0027] 其中，氧化铝优选为α氧化铝。
[0028] 其中，硅藻土作为多孔氧化铝陶瓷的造孔剂。由于硅藻土是由海河中的单细胞低 等水生植物硅藻的遗骸经过几百万年的沉积矿化作用而形成的生物矿物材料，使得其具有 独特且有序排列的微孔结构、孔隙率高（可达80%~92%)、孔径尺寸分布广、质量轻、堆积 密度小（松散密度为〇. 3~0. 5g/cm3)、比表面积大、导热系数低、吸附性强以及活性好等优 点，使得硅藻土能够作为优良的成孔材料。但由于硅藻土的力学强度较差，而氧化铝具有较 好的力学强度，通过将硅藻土和氧化铝共同为原料，能够得到强度较好的多孔陶瓷。
[0029] 且硅藻土作为造孔剂，在烧结过程中不会产生有毒气体，十分的环保，避免了使用 在高温烧结时不分解挥发的造孔剂，如氯化钠、硫酸钙等会参与烧结反应，对成瓷的性能产 生严重不良影响，特别是对高纯成分陶瓷。
[0030] 其中，娃藻土的孔径为40微米~80微米。
[0031] 其中，娃溶胶中的二氧化娃的质量百分含量为25%~30%。娃溶胶为二氧化娃微 粒在水中或溶剂（如乙醇）中的分散液。在具体实施例中，多孔氧化铝陶瓷的原料中的硅 溶胶的质量百分含量为8%~10%。
[0032] 其中，硅溶胶可以为上虞市殷宇硅制品有限公司的型号为耐火材料用硅溶胶。
[0033] 在本实施例中，硅溶胶通过如下步骤制备得到：将硅酸钠与水混合稀释，经沉降， 取清液，且清液中的Na20:nSi0^ η为2. 2~3. 7 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1 在清液中加入质量百分浓度为3%~6%的NaHCOj^水溶液，混合搅拌直至清液中无 SiO2， 继续搅拌15分钟~20分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤沉淀物至中性；然后将体积比为1:2 的沉淀物与去离子水混合，得到悬浮液；在不断搅拌和不断升温的条件下，在质量百分浓度 为5%~7%的似0!1的水溶液中加入部分悬浮液，直至温度为85°(：~90°(：停止升温，并继 续在搅拌的条件下于85°C~90°C保温反应2小时~3小时，接着加入剩余的悬浮液，得到 混合液；然后调节混合液的pH值至8. 0~9. 0,继续在85°C~90°C的条件下搅拌反应1小 时，得到反应物；将反应物浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%，得 到硅溶胶。
[0034] 其中，将硅酸钠与水混合稀释的步骤中，硅酸钠与水的质量比为1:3~1:4。
[0035] 其中，在质量百分浓度为5%~7%的NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬 浮液的总质量的10%~15% ;且NaOH的水溶液与部分悬浮液的质量比为1:20。
[0036] 其中，硅酸钠的波美度为37° Β?~50° Β?(在20°C条件下）。
[0037] 其中，将反应物浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%的步 骤为：采用半透膜装置将反应物浓缩，浓缩时间为1小时~3小时，浓缩后测得反应物中的 二氧化娃的质量百分含量为25 %~30%。
[0038] 硅溶胶作为氧化铝和硅藻土的粘结相。硅溶胶能够在氧化铝和硅藻土的接触位置 原为生成莫来石相，并将氧化铝和硅藻土粘结在一起。由于莫来石（3Al203 * 2Si02)是硅酸 铝系统在高温及标准大气压下唯一稳定的物相，且该物相具有耐火度高、热膨胀及导热率 低、蠕变率低、化学稳定性与热稳定性好、韧性和强度高等优良性能，从而使得硅溶胶的加 入有利于进一步提高多孔氧化铝陶瓷的强度。
[0039] 上述多孔氧化铝陶瓷的原料中的硅藻土为造孔剂，因硅藻土是由海河中的单细胞 低等水生植物硅藻的遗骸经过几百万年的沉积矿化作用而形成的生物矿物材料，所以将其 作为造孔剂能够给多孔氧化铝陶瓷带来独特且有序排列的微孔结构，使得陶瓷具有较高的 孔隙率、合适的孔径及较高的开孔率；其中的氧化铝使陶瓷具有较好的强度；而硅溶胶作 为氧化铝和硅藻土的粘结相，通过在氧化铝和硅藻土的接触位置原位生成莫来石相，进一 步提高了多孔氧化铝陶瓷的强度，从而使得由硅藻土、氧化铝和硅溶胶共同得到的多孔氧 化铝陶瓷具有较好的透过性和较好的强度。
[0040] 如图1所示，一实施方式的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，可用于制备上述多孔氧 化铝陶瓷，该制备方法包括如下步骤：
[0041] 步骤S110 :按照质量百分比称取如下组分：40%~60%的氧化铝、30%~50%的 硅藻土和6 %~15 %的硅溶胶。
[0042] 其中，氧化铝优选为α氧化铝。
[0043] 其中，硅藻土作为造孔剂。硅溶胶作为氧化铝和硅藻土的粘结相。硅溶胶能够在 氧化铝和硅藻土的接触位置原为生成莫来石相，并将氧化铝和硅藻土粘结在一起。由于莫 来石（3Al203 * 2Si02)是硅酸铝系统在高温及标准大气压下唯一稳定的物相，且该物相具有 耐火度高、热膨胀及导热率低、蠕变率低、化学稳定性与热稳定性好、韧性和强度高等优良 性能，从而使得硅溶胶的加入有利于进一步提高多孔氧化铝陶瓷的强度。
[0044] 其中，娃藻土的孔径为40微米~80微米。
[0045] 其中，硅溶胶中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%。硅溶胶可以为二氧化 硅微粒在水中或溶剂（如乙醇）中的分散液。在具体实施例中，多孔氧化铝陶瓷的原料中 的娃溶胶的质量百分含量为8%~10%。
[0046] 其中，硅溶胶可以为上虞市殷宇硅制品有限公司的型号为耐火材料用硅溶胶。
[0047] 在本实施例中，硅溶胶通过如下步骤制备得到：将硅酸钠与水混合稀释，经沉降， 取清液，且清液中的Na20:nSi0^ η为2. 2~3. 7 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1 在清液中加入质量百分浓度为3%~6%的NaHCOj^水溶液，混合搅拌直至清液中无 SiO2， 继续搅拌15分钟~20分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤沉淀物至中性；然后将体积比为1:2 的沉淀物与去离子水混合，得到悬浮液；在不断搅拌和不断升温的条件下，在质量百分浓度 为5%~7%的似0!1的水溶液中加入部分悬浮液，直至温度为85°(：~90°(：停止升温，并继 续在搅拌的条件下于85°C~90°C保温反应2小时~3小时，接着加入剩余的悬浮液，得到 混合液；然后调节混合液的pH值至8. 0~9. 0,继续在85°C~90°C的条件下搅拌反应1小 时，得到反应物；将反应物浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%，得 到硅溶胶。
[0048] 其中，将硅酸钠与水混合稀释的步骤中，硅酸钠与水的质量比为1:3~1:4。
[0049] 其中，在质量百分浓度为5%~7%的NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬 浮液的总质量的10%~15% ;且NaOH的水溶液与部分悬浮液的质量比为1:20。
[0050] 其中，硅酸钠的波美度为37° Β?~50° Β?(在20°C条件下）。
[0051] 其中，将反应物浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%的步 骤为：采用半透膜装置将反应物浓缩，浓缩时间为1小时~3小时，浓缩后测得反应物中的 二氧化娃的质量百分含量为25 %~30%。
[0052] 步骤S120 :使用封孔剂对硅藻土进行预处理。
[0053] 其中，封孔剂为石蜡或聚乙二醇。通过先使用封孔剂对硅藻土进行预处理，以封堵 硅藻土的孔隙，从而防止后续的原料混合过程中，其它原料进入到硅藻土的孔隙内，导致多 孔陶瓷的孔隙率降低，以及孔隙连通性较差的问题。而封孔剂在高温下会挥发，不会影响到 多孔氧化铝陶瓷的孔隙率。
[0054] 具体的，使用封孔剂对硅藻土进行预处理的步骤之前，还包括对硅藻土的造粒步 骤：将硅藻土球磨，接着过1〇〇目筛~200目筛。
[0055] 其中，步骤S120中，使用封孔剂对硅藻土进行预处理的步骤为：将封孔剂溶解于 溶剂中，其中，封孔剂与娃藻土的质量比为10~25:100,得到预处理液；对娃藻土抽真空直 至真空度为5Pa~10Pa后，加入预处理液，接着经过滤和干燥，得到预处理的硅藻土。通过 先对硅藻土抽真空处理，然后加入预处理液混合，以使预处理液能够顺利地被吸入到硅藻 土的孔隙中。具体的，对娃藻土抽真空直至真空度为5Pa~10Pa的步骤具体为：将娃藻土 放置于真空容器内，然后抽真空，直至真空容器内的真空度为5Pa~10Pa。
[0056] 其中，对硅藻土抽真空后，加入预处理液的步骤之后的干燥步骤的干燥温度为 20°(:~40°C。
[0057] 其中，预处理液中的封孔剂的质量百分含量为10%~20%。
[0058] 其中，溶剂可以为常用的有机溶剂，在本实施例中，溶剂为煤油、正己烷或二甲苯。
[0059] 步骤S130 :将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝于水中混合，得到混合浆料。
[0060] 具体的，将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝于水中混合的步骤为：将氧化铝加水 球磨10小时~30小时，得到氧化铝浆料；接着将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料混 合并球磨。且硅溶胶与氧化铝浆料混合并球磨的时间为5小时~10小时。
[0061] 更具体的，在将氧化铝加水球磨的步骤中，氧化铝、球磨子与水的质量比为1:3~ 5: 0· 5 ~1 〇
[0062] 其中，在将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料混合并球磨的步骤中，球磨时 的转速为5转/分钟~15转/分钟。且在将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料混合 并球磨的步骤中，预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料的质量之和与球磨子的质量比为 1:0. 5~1。通过低速球磨混合，并控制该料球比的目的是为了尽量减轻球磨混合过程中球 磨子对预处理的娃藻土的破坏，而导致的预处理的娃藻土的粒度变小。
[0063] 步骤S140 :将混合浆料干燥和破碎，得到复合粉体。
[0064] 具体的，在将混合浆料干燥的步骤之前，还包括对混合浆料进行真空抽滤的步骤。 该步骤能够去除多余的水分，避免混合浆料粘度过小而在干燥的过程中分层。
[0065] 其中，步骤S140中，混合浆料干燥时的温度为40°C~50°C。
[0066] 步骤S150 :将复合粉体成型，得到坯体。
[0067] 其中，在将复合粉体成型之前，还包括对复合粉体进行过筛的步骤。具体的，将复 合粉体过60目筛~100目筛。
[0068] 其中，复合粉体的成型方法可以为干压成型、等静压成型或注塑成型。
[0069] 步骤S160 :将坯体于1450°C~1600°C烧结1小时~5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。
[0070] 其中，在将坯体烧结的步骤之前，还包括将坯体脱去有机物和水的步骤。其中，将 坯体脱去有机物和水的步骤为：将坯体以1°C /分~2°C /分的速度升温至300°C，并保温2 小时~4小时，然后以2°C /分~4°C /分的速度升温至650°C，保温2小时~4小时，完成 水分和有机物的脱除。
[0071] 具体的，步骤S160是在空气烧结炉中进行的。
[0072] 上述制备方法简单，通过在将硅藻土与氧化铝、硅溶胶混合之前，先使用封孔剂对 硅藻土进行预处理，以封堵硅藻土的孔隙，从而避免硅藻土与氧化铝等原料混合过程中，其 它原料渗入到硅藻土的孔隙中，而导致陶瓷的孔隙率降低的问题；而因硅藻土是由海河中 的单细胞低等水生植物硅藻的遗骸经过几百万年的沉积矿化作用而形成的生物矿物材料， 所以将其作为造孔剂能够给多孔氧化铝陶瓷带来独特且有序排列的微孔结构，使得陶瓷具 有较高的孔隙率、合适的孔径及较高的开孔率；其中的氧化铝使陶瓷具有较好的强度；而 硅溶胶作为氧化铝和硅藻土的粘结相，通过在氧化铝和硅藻土的接触位置原位生成莫来石 相，进一步提高了多孔氧化铝陶瓷的强度，从而使得由硅藻土、氧化铝和硅溶胶共同得到的 多孔氧化铝陶瓷具有较好的透过性和较好的强度。
[0073] 以下为具体实施例部分：
[0074] 实施例1
[0075] 本实施例的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0076] (1)取波美度为37° Β? (在20°C条件下）的硅酸钠，按照硅酸钠与水的质量比 为1:4,将硅酸钠与水混合稀释，经自然沉降至澄清，取清液，其中，清液中的Na20:nSi0# 的η为2. 2 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1在清液中加入质量百分浓度为3%的 NaHCOj^水溶液，混合搅拌直至清液中无 SiO 2，继续搅拌15分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤 沉淀物至中性，然后按照沉淀物与去离子水的体积比为1:2,将沉淀物与去离子水混合搅 拌，得到悬浮液；将质量百分浓度为5%的NaOH的水溶液加入到反应釜中，其中，NaOH的水 溶液与清液的质量比为1:20,在不断搅拌和不断升温的条件下，加入部分悬浮液，直至温度 为85°C停止升温，并继续在搅拌的条件下于85°C保温反应2小时，接着加入剩余的悬浮液， 得到混合液，然后调节混合液的pH值至8. 0,继续在85°C的条件下搅拌反应1小时，得到反 应物；将反应物用半透膜装置浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%，得到硅 溶胶。其中，在NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬浮液的总质量的10%。
[0077] (2)按照质量百分含量称取如下组分：40%的氧化铝、50%的硅藻土和10%的硅 溶胶，其中，硅藻土的孔径为80微米。
[0078] (3)将石蜡溶解于煤油中，得到石蜡的质量百分含量为20%的预处理液，其中，石 錯与娃藻土的质量比为15:100。
[0079] (4)将硅藻土于球磨机中球磨，接着过100目筛，然后将过筛后的硅藻土放入真空 容器内，抽真空直至真空容器内的真空度达到5Pa，倒入预处理液，此时，预处理液进入到硅 藻土的孔隙中，接着过滤，再于烘箱中20°C下干燥，得到预处理的硅藻土。
[0080] (5)按照氧化铝、球磨子与水的质量比为1:5:0. 5,将氧化铝加水球磨混合10小 时，得到氧化铝浆料；将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料一起放入球磨罐中，于5转/ 分钟的转速的条件下球磨混合，得到混合浆料；且预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料的 质量之和与球磨子的质量比1:0. 5。
[0081] (6)对混合浆料进行真空抽滤，然后将滤渣于干燥箱中40°C干燥10小时，接着经 破碎和过100目筛，得到复合粉体。
[0082] (7)将复合粉体干压成型，得到坯体。
[0083] (8)将坯体放入脱脂炉中，先以1°C /分的速度升温至300°C，并保温2小时，然后 以2°C /分的速度升温至650°C，保温2小时，完成水分和有机物的脱除。然后将坯体放入 空气烧结炉中于1500°C烧结2小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶 瓷进行修整。
[0084] 采用GB/T 1966-1996、GB/T 1967-1996标准法对本实施例的多孔氧化铝陶瓷的 气孔率、平均孔径及开孔率进行测定，并采用GB/T 4740-1999标准测定本实施例的多孔氧 化铝陶瓷的抗压强度。本实施例的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度 见表1。
[0085] 实施例2
[0086] 本实施例的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0087] (1)取波美度为40° Β? (在20°C条件下）的硅酸钠，按照硅酸钠与水的质量比为 1:3,将硅酸钠与水混合稀释，经自然沉降至澄清，取清液，其中，清液中的Na20:nSi02中的η 为3 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1在清液中加入质量百分浓度为5%的NaHC03的水溶液，混合搅拌直至清液中无 Si02，继续搅拌20分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤沉淀物 至中性，然后按照沉淀物与去离子水的体积比为1:2,将沉淀物与去离子水混合搅拌，得到 悬浮液；将质量百分浓度为5%的NaOH的水溶液加入到反应釜中，其中，NaOH的水溶液与清 液的质量比为1:20,在不断搅拌和不断升温的条件下，加入部分悬浮液，直至温度为90°C 停止升温，并继续在搅拌的条件下于90°C保温反应2小时，接着加入剩余的悬浮液，得到混 合液，然后调节混合液的pH值至8. 5,继续在90°C的条件下搅拌反应1小时，得到反应物； 将反应物用半透膜装置浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为28%，得到硅溶胶。 其中，在NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬浮液的总质量的15%。
[0088] (2)按照质量百分含量称取如下组分：50%的氧化铝、42%的硅藻土和8%的硅溶 胶，其中，娃藻土的孔径为50微米。
[0089] (3)将石蜡溶解于二甲苯中，得到石蜡的质量百分含量为15%的预处理液，其中， 石蜡与硅藻土的质量比为1〇:1〇〇。
[0090] (4)将硅藻土于球磨机中球磨，接着过150目筛，然后将过筛后的硅藻土放入真空 容器内，抽真空直至容器内的真空度达到7Pa，倒入预处理液，使预处理液进入到硅藻土的 孔隙中，接着过滤，再于烘箱中25°C下干燥，得到预处理的硅藻土。
[0091] (5)按照氧化铝、球磨子与水的质量比为1:3:0. 6,将氧化铝加水球磨混合15小 时，得到氧化铝浆料；将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料一起放入球磨罐中，于15转 /分钟的转速的条件下球磨混合，得到混合浆料；且预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料 的质量之和与球磨子的质量比1:0. 6。
[0092] (6)对混合浆料进行真空抽滤，然后将滤渣于干燥箱中41°C干燥12小时，接着经 破碎和过60目筛，得到复合粉体。
[0093] (7)将复合粉体等静压成型，得到坯体。
[0094] (8)将坯体放入脱脂炉中，先以2°C /分的速度升温至300°C，并保温4小时，然后 以4°C /分的速度升温至650°C，保温4小时，完成水分和有机物的脱除。然后将坯体放入 空气烧结炉中于1520Γ烧结2. 5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝 陶瓷进行修整。
[0095] 采用实施例1相同的方法对本实施例的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定本实施例的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度。 本实施例的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0096] 实施例3
[0097] 本实施例的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0098] (1)取波美度为50° Β?(在20°C条件下）的硅酸钠，按照硅酸钠与水的质量比 为1:3,将娃酸钠与水混合稀释，经自然沉降至澄清，取清液，其中，清液中的Na20:nSiO# 的η为3. 7 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1在清液中加入质量百分浓度为6%的 NaHCOj^水溶液，混合搅拌直至清液中无 SiO 2，继续搅拌15分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤 沉淀物至中性，然后按照沉淀物与去离子水的体积比为1:2,将沉淀物与去离子水混合搅 拌，得到悬浮液；将质量百分浓度为7%的NaOH的水溶液加入到反应釜中，其中，NaOH的水 溶液与清液的质量比为1:20,在不断搅拌和不断升温的条件下，加入部分悬浮液，直至温度 为90°C停止升温，并继续在搅拌的条件下于90°C保温反应3小时，接着加入剩余的悬浮液， 得到混合液，然后调节混合液的pH值至9. 0,继续在90°C的条件下搅拌反应1小时，得到反 应物；将反应物用半透膜装置浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为30%，得到硅 溶胶。其中，在NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬浮液的总质量的10%。
[0099] (2)按照质量百分含量称取如下组分：60%的氧化铝、30%的硅藻土和10%的硅 溶胶，其中，硅藻土的孔径为40微米。
[0100] (3)将聚乙二醇溶解于正己烷中，得到聚乙二醇的质量百分含量为20%的预处理 液，其中，聚乙二醇与硅藻土的质量比为25:100。
[0101] (4)将硅藻土于球磨机中球磨，接着过200目筛，然后将过筛后的硅藻土放入真空 容器内，抽真空直至容器内的真空度达到l〇Pa，倒入预处理液，使预处理液进入到硅藻土的 孔隙中，接着过滤，再于40°C下干燥，得到预处理的硅藻土。
[0102] (5)按照氧化铝、球磨子与水的质量比为1:5:1，将氧化铝加水球磨混合22小时， 得到氧化铝浆料；将预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料一起放入球磨罐中，于9转/分 钟的转速的条件下球磨混合，得到混合浆料；且预处理的硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料的质 量之和与球磨子的质量比1:1。
[0103] (6)对混合浆料进行真空抽滤，然后将滤渣于干燥箱中50°C干燥13小时，接着经 破碎和过100目筛，得到复合粉体。
[0104] (7)将复合粉体注塑成型，得到坯体。
[0105] (8)将坯体放入脱脂炉中，先以2°C /分的速度升温至300°C，并保温3小时，然后 以4°C /分的速度升温至650°C，保温3小时，完成水分和有机物的脱除后放入空气烧结炉 中于1600°C烧结5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶瓷进行修整。
[0106] 采用实施例1相同的方法对本实施例的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定本实施例的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度。 本实施例的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0107] 对比例1
[0108] 对比例1的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0109] ⑴按照质量百分含量称取如下组分：40%的氧化铝和60%的石墨，其中，石墨的 粒径为80微米。
[0110] ⑵将氧化铝和石墨及水加入球磨罐中，于10转/分钟的转速的条件下球磨混合 10小时，得到混合浆料；且氧化铝和石墨的质量之和、球磨子及水的质量比为1:2:0. 5。
[0111] (5)对混合浆料干燥箱中80°C干燥20小时，接着经破碎和过100目筛，得到复合 粉体。
[0112] (6)将复合粉体干压成型，得到坯体。
[0113] (7)坯体放入脱脂炉中，先以1°C /分的速度升温至300°C，并保温2小时，然后以 2°C /分的速度升温至650°C，保温2小时，完成水分和有机物的脱除。然后将坯体放入空气 烧结炉中于1500°C保温烧结2小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶 瓷进行修整。
[0114] 采用实施例1相同的方法对对比例1的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定对比例1的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度，其 中，对比例1的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0115] 对比例2
[0116] 对比例2的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0117] ⑴按照质量百分含量称取如下组分：50%的氧化铝和50%的石墨，其中，石墨的 粒径为50微米。
[0118] (2)将氧化铝和石墨及水加入球磨罐中，于8转/分钟的转速的条件下球磨混合 12小时，得到混合浆料；且氧化铝和石墨的质量之和、球磨子及水的质量比为1:2:0. 6。
[0119] (5)对混合浆料干燥箱中85°C干燥24小时，接着经破碎和过150目筛，得到复合 粉体。
[0120] (6)将复合粉体等静压成型，得到坯体。
[0121] (7)将坯体放入脱脂炉中，先以2°C /分的速度升温至300°C，并保温4小时，然后 以4°C /分的速度升温至650°C，保温4小时，完成水分和有机物的脱除。然后将坯体脱除 有机物和水分后，放入空气烧结炉中于1520Γ保温烧结2. 5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此 时可根据需要多孔氧化铝陶瓷进行修整。
[0122] 采用实施例1相同的方法对对比例2的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定对比例2的的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度， 其中，对比例2的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0123] 对比例3
[0124] 对比例3的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0125] ⑴按照质量百分含量称取如下组分：60%的氧化铝和40%的石墨，其中，石墨的 粒径为40微米。
[0126] (2)将氧化铝和石墨及水加入球磨罐中，于9转/分钟的转速的条件下球磨混合8 小时，得到混合浆料；且氧化铝和石墨的质量之和、球磨子及水的质量比为1:1:0. 5。
[0127] (5)对混合浆料干燥箱中50°C干燥13小时，接着经破碎和过100目筛，得到复合 粉体。
[0128] (6)将复合粉体注射成型，得到坯体。
[0129] (7)将坯体放入脱脂炉中，先以2°C /分的速度升温至300°C，并保温3小时，然后 以4°C /分的速度升温至650°C，保温3小时，完成水分和有机物的脱除后将坯体放入空气 烧结炉中于1600°C保温烧结5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶 瓷进行修整。
[0130] 采用实施例1相同的方法对对比例3的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定对比例3的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度，其 中，对比例3的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0131] 对比例4
[0132] 对比例4的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0133] ⑴按照质量百分含量称取如下组分：40%的氧化铝和60%的硅藻土，其中，硅藻 土的孔径为80微米。
[0134] (2)将硅藻土于球磨机中球磨，接着过100目筛。
[0135] (3)按照氧化铝、球磨子与水的质量比为1:5:0. 5,将氧化铝加水球磨混合10小 时，得到氧化错衆料；将娃藻土与氧化错衆料一起放入球磨罐中，于5转/分钟的转速的 条件下球磨混合，得到混合浆料；且硅藻土与氧化铝浆料的质量之和与球磨子的质量比 1:0. 5〇
[0136] (4)对混合浆料进行真空抽滤，然后将滤渣于干燥箱中40°C干燥10小时，接着经 破碎和过100目筛，得到复合粉体。
[0137] (5)将复合粉体干压成型，得到坯体。
[0138] (6)将坯体放入脱脂炉中，先以2°C /分的速度升温至300°C，并保温3小时，然后 以4°C /分的速度升温至650°C，保温3小时，完成水分和有机物的脱除后将坯体放入空气 烧结炉中于1500°C烧结2小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶瓷进 行修整。
[0139] 采用实施例1相同的方法对对比例4的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定对比例4的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度。对 比例4的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0140] 对比例5
[0141] 对比例5的多孔氧化铝陶瓷的制备步骤如下：
[0142] (1)取波美度为37° Β?(在20°C条件下）的硅酸钠，按照硅酸钠与水的质量比 为1:4,将硅酸钠与水混合稀释，经自然沉降至澄清，取清液，其中，清液中的Na20:nSi0# 的η为2. 2 ;在不断搅拌的条件下，按照质量比为1:1在清液中加入质量百分浓度为3%的 NaHCOj^水溶液，混合搅拌直至清液中无 SiO 2，继续搅拌15分钟，过滤取沉淀物，用水洗涤 沉淀物至中性，然后按照沉淀物与去离子水的体积比为1:2,将沉淀物与去离子水混合搅 拌，得到悬浮液；将质量百分浓度为5%的NaOH的水溶液加入到反应釜中，其中，NaOH的水 溶液与清液的质量比为1:20,在不断搅拌和不断升温的条件下，加入部分悬浮液，直至温度 为85°C停止升温，并继续在搅拌的条件下于85°C保温反应2小时，接着加入剩余的悬浮液， 得到混合液，然后调节混合液的pH值至8. 0,继续在85°C的条件下搅拌反应1小时，得到反 应物；将反应物用半透膜装置浓缩至反应物中的二氧化硅的质量百分含量为25%，得到硅 溶胶。其中，在NaOH的水溶液中加入的悬浮液的质量为悬浮液的总质量的10%。
[0143] (2)按照质量百分含量称取如下组分：40%的氧化铝、50%的硅藻土和10%的硅 溶胶，其中，硅藻土的孔径为80微米。
[0144] (3)将硅藻土于球磨机中球磨，接着过100目筛。
[0145] (4)按照氧化铝、球磨子与水的质量比为1:5:0. 5,将氧化铝加水球磨混合10小 时，得到氧化铝浆料；将硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料一起放入球磨罐中，于5转/分钟的转 速的条件下球磨混合，得到混合浆料；且硅藻土、硅溶胶与氧化铝浆料的质量之和与球磨子 的质量比1 :〇. 5。
[0146] (5)对混合浆料进行真空抽滤，然后将滤渣于干燥箱中40°C干燥10小时，接着经 破碎和过100目筛，得到复合粉体。
[0147] (6)将复合粉体干压成型，得到坯体。
[0148] (7)将坯体放入脱脂炉中，先以1°C /分的速度升温至300°C，并保温2小时，然后 以2°C /分的速度升温至650°C，保温2小时，完成水分和有机物的脱除。然后将坯体放入 空气烧结炉中于1500°C烧结2小时，得到多孔氧化铝陶瓷。此时可根据需要多孔氧化铝陶 瓷进行修整。
[0149] 采用实施例1相同的方法对对比例5的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径及开 孔率进行测定，并采用实施例1相同的方法测定对比例5的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度，其 中，对比例5的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率及抗压强度见表1。
[0150] 表1为的是实施例1~3及对比例1~5的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、 开孔率及抗压强度。
[0151] 表 1
[0152]
[0153] 从表1中可以看出，实施例1~3的多孔氧化铝陶瓷的气孔率、平均孔径、开孔率 均比加入几乎同等比例的石墨造孔剂的对比例1~3要高，即实施例1~3的多孔氧化铝 陶瓷具有更好的透过性；且实施例1~3的多孔氧化铝陶瓷的抗压强度也显然比用石墨作 为造孔剂的对比例1~3要好，因此，实施例1~3的多孔氧化铝陶瓷具有较高的孔隙率和 较好的强度。
[0154] 同时，对比例4的多孔氧化铝陶瓷与实施例1的多孔氧化铝陶瓷相比，由于未使用 硅溶胶作为烧结时的粘结相，因此，其抗压强度明显下降，而其孔隙率和孔径与实施例1相 差不多。因此使用硅溶胶作为烧结时的粘结相，能够有效提高多孔氧化铝陶瓷的力学性能。
[0155] 对比例5的多孔氧化铝陶瓷与实施例1的多孔氧化铝陶瓷相比，原料组成完全相 同，但由于未采用封孔剂对硅藻土进行封孔操作，导致在混合时，硅溶胶和氧化铝浆料进入 硅藻土的孔隙中，大大降低了多孔氧化铝陶瓷的孔隙率和孔径。
[0156] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1. 一种多孔氧化铝陶瓷，其特征在于，按照质量百分含量，所述多孔氧化铝陶瓷的原料 包括如下组分：40 %~60 %的氧化铝、30 %~50 %的硅藻土及6 %~15 %的硅溶胶，所述硅 溶胶中的二氧化硅的质量百分含量为25%~30%。2. -种多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 按照质量百分比称取如下组分：40%~60%的氧化错、30%~50%的娃藻土和6%~ 15%的娃溶胶，所述娃溶胶中的二氧化娃的质量百分含量为25%~30% ; 使用封孔剂对所述硅藻土进行预处理，其中，所述封孔剂为石蜡或聚乙二醇； 将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝于水中混合，得到混合浆料； 将所述混合浆料干燥和破碎，得到复合粉体； 将所述复合粉体成型，得到坯体；及 将所述坯体于1450°C~1600°C保温烧结1小时~5小时，得到多孔氧化铝陶瓷。3. 根据权利要求2所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，使用所述封孔 剂对所述硅藻土进行预处理的步骤为：将所述封孔剂溶解于溶剂中，得到预处理液，其中， 所述封孔剂与所述娃藻土的质量比为10~25:100 ;对所述娃藻土抽真空直至真空度为 5Pa~10Pa后，加入所述预处理液，接着经过滤和干燥，得到预处理的所述硅藻土。4. 根据权利要求3所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，所述预处理液中 的封孔剂的质量百分含量为10 %~20%。5. 根据权利要求3所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，所述溶剂为煤油、 正己烷或二甲苯。6. 根据权利要求2所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，在使用所述封孔 剂对所述娃藻土进行预处理的步骤之前，还包括对所述娃藻土的造粒步骤：将所述娃藻土 球磨，接着过100目筛~200目筛。7. 根据权利要求2所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，将预处理的所述 硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝于水中混合的步骤为：将所述氧化铝加水球磨10小时~ 30小时，得到氧化铝浆料；接着将预处理的所述硅藻土、所述硅溶胶与所述氧化铝浆料混 合并球磨。8. 根据权利要求7所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，在将预处理的所 述娃藻土、所述娃溶胶与所述氧化错衆料混合并球磨的步骤中，球磨时的转速为5~15转 /分钟。9. 根据权利要求7所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，在将预处理的所 述娃藻土、所述娃溶胶与所述氧化错衆料混合并球磨的步骤中，预处理的所述娃藻土、所述 硅溶胶与所述氧化铝浆料的质量之和与球磨子的质量比1:0. 5~1。10. 根据权利要求7所述的多孔氧化铝陶瓷的制备方法，其特征在于，在将所述氧化铝 加水球磨的步骤中，所述氧化错、球磨子与水的质量比为1:3~5:0. 5~1。
【文档编号】C04B35/10GK105837252SQ201510392366
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年7月6日
【发明人】杨辉, 向其军, 谭毅成
【申请人】深圳市商德先进陶瓷有限公司