一种制备定向结构多孔材料的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于多孔材料制备领域，具体涉及一种制备定向结构多孔材料的设 备。
【背景技术】
[0002] 定向多孔材料，由于具有均一的孔形、孔径以及均匀的有序排列使其对被处理分 子的尺寸和形状具有良好的选择性，且在取向方向上可以大大提高材料的力学性能，因而 在选择性吸附、分离、过滤、催化及骨组织工程等方面起到了非常重要的作用。
[0003] 现今制备定向多孔结构的方法有直接发泡法，纤维缠结法和木材热解构架法等， 这些方法存在制备成本高，孔径调控有限，材料适用性范围窄等缺点，限制了他们在定向多 孔制备的应用。近来，采用一种新型的仿生制备定向多孔结构的方法一一冷冻浇注法，可获 得与贝壳珍珠层微观结构类似且力学性能优异的定向多孔结构，在低温定向温场中对浆料 进行冷冻凝固，使粉体颗粒在定向生长凝固溶剂晶体（水或莰烯、叔丁醇等有机物）的推挤 排斥下聚集重排，将所得凝固冰坯经冷冻干燥，即留下以凝固溶剂为模板的具有定向排列 的多孔结构。
[0004] 研究表明，陶瓷浆料在低温定向温场中，溶剂在凝固排斥颗粒的过程中，其形核过 程与生长尺寸和取向等受初始凝固温度、定向温度梯度、冷却速率和冷却时间等冷却条件 的影响程度较大，最终会影响多孔结构特征。因此对冷却条件精细控制有助于获得陶瓷的 孔尺寸与取向可控的多孔材料。
[0005]目前利用定向温场制备多孔陶瓷的装置多为将装有浆料的模具直接置于恒低温 冷冻箱或液氮容器内进行凝固。日本学者Fukasawa等人将装有楽:料的模具的下端直接放 在与制冷剂液面接触的金属片上，上端暴露在室温环境下，对水基氧化铝浆料进行定向凝 固，获得了定向多孔结构；韩国学者Young-Hag Koh等人采用类似的方法，将模具一端放于 恒低温容器定向凝固30分钟，制备出了以有机物莰烯凝固晶体为模板的定向多孔氧化铝 陶瓷；中国学者胡利明等人将水基炭黑/碳化硅浆料置于低温冷冻箱内进行冷冻浇注实 验，获得定向多孔陶瓷。但是上述方法所得定向多孔结构的长程定向程度较差，无法获得长 程有序度高且力学性能优良的多孔结构。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型解决的技术问题是：针对目前制备多孔陶瓷存在的不足，提供一种新 型的制备定向结构多孔材料的设备，用以实现控温区间广泛、精度提高和液氮流量智能调 节等功能，可精细控制定向多孔结构制备过程的工艺参数，最终获得长程有序程度较高，多 孔形貌规整均匀、性能优异的多孔材料。
[0007] 本实用新型采用如下技术方案实现，
[0008] -种制备定向结构多孔材料的设备，包括：
[0009] 定向温场，分为两个分别装有低温介质的容器，两个容器相对设置，相对面分别设 有传递温度的导热部件，所述导热部件分别连接有电加热器；
[0010] 模具8,用于盛装浆料，所述模具8放置在定向温场中，模具两端分别与两个容器 的导热部件接触；
[0011] 执行控制模块2，分别通过电路连接到两个电加热器，控制定向温场的温度变化， 所述执行控制模块2具有上位机监控系统1，用于设定参数和发出指令，分别控制两个容器 的导热部件的温度变化。
[0012] 进一步的，所述定向温场的两个容器沿竖直方向布置，其中一个容器连接有升降 机构4,可升降移动。
[0013] 进一步的，所述升降机构4的驱动部件与执行控制模块2通过电路连接。
[0014] 进一步的，所述升降机构4为螺杆升降机构，通过电机驱动。
[0015] 进一步的，所述升降机构还包括有限位标尺3,限定容器的升降极限位置。
[0016] 优选的，所述导热部件为导热铜棒。
[0017] 在本实用新型中，所述容器内盛装的低温介质为液氮，所述容器分别通过管道14 与液氮罐16连接。
[0018] 进一步的，所述容器连接管道14上分别设有电磁阀，所述电磁阀与执行控制模块 2通过电路连接。
[0019] 优选的，所述管道14为真空隔热软管。
[0020] 优选的，所述执行控制模块采用PLC或单片机。
[0021] 在多孔材料生成过程中，制冷温场的结构设计与精密控制是影响多孔特性的主要 影响因素，因此研究制冷的方式与温场的参数变化对多孔微观结构的影响也是获得结构与 性能得以精细调控的重要方式之一。本实用新型采用采用双向制冷方式，通过调节模具两 端的冷冻速率来改变冰峰运动速度，从而获得不同尺寸的冰晶，最终实现对多孔材料不同 片层间距的调控。
[0022] 本实用新型采用控制执行模块自动控制温度，可实现精密控制工艺参数，操作方 便简单，有效保证多孔材料生成有序的多孔微观结构，有利于提高多孔材料的整体力学性 能。
[0023] 以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型的一种制备定向结构多孔材料的设备连接示意图。
[0025] 图中标号：1-上位机监控系统，2-执行控制模块，3-限位标尺，4-升降机构，5-高 温槽，6-高温导热铜棒，7-高温电加热器，8-模具，9-低温电加热器，10-低温导热铜棒， 11-低温槽，12-高温电磁阀，13-低温电磁阀，14-管道，15-截止阀，16-液氮罐，17-压力 表，18-减压阀，19-氮气瓶。
【具体实施方式】
[0026] 实施例
[0027] 参见图1，本实施例中的定向温场采用两个上下对称结构的容器，用于盛装低温介 质，从上往下分别为铜材制成的高温端与低温端，上方的为高温槽5,下方的为低温槽11， 在高温槽5和低温槽11的相对面分别设有传递温度的高温导热铜棒6和低温导热铜棒10， 两个导热铜棒上分别连接有高温电加热器7和低温电加热器9,在这里的"高温"和"低温" 只是相对之间的相对温度，即高温端的温度高于低温端，形成上高下低的定向温场。
[0028] 将盛装浆料的模具8,放置在定向温场中，模具8采用圆筒形结构，底端通过密封 薄铜片密封，然后将模具8两端分别与高温槽和低温槽的导热铜棒接触。执行控制模块2 分别通过电路连接到高温电加热器7和低温电加热器9,控制定向温场的温度变化，执行控 制模块2具有上位机监控系统1，如计算机，通过上位机操作设定参数和发出指令，控制高 温电加热器7和低温电加热器9的对模具两端的导热铜棒进行不同温度的加热，形成一端 温度较高，另一端温度较低的温场。
[0029] 模具8需要放置在高温槽5和低温槽11之间，两端需要分别与高温导热铜棒6和 低温导热铜