本发明属于陶瓷材料
技术领域：
，具体涉及一种有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的制备方法。
背景技术：
：随着科学技术的按，高性能材料的需求也越来越高，多孔陶瓷材料具有致密陶瓷材料本身所具有的物理和化学稳定性、耐高温等特点，还具有多孔结构本身所具有的高比表面积、高渗透率以及低密度和低导热率，因此在保温、阻燃、抗震等领域都有很好的应用前景。氧化钇稳定的氧化锆具有优异的力学强度，耐腐蚀和耐高温性能，在氧化钇稳定的氧化锆陶瓷材料中引入气孔时，因为空气的热导率极低，大大降低材料的热导率，但是气孔作为缺陷会损害材料的力学结构，材料的强度会随着气孔率的增加而指数降低。因此，如何在保证高气孔率的前提下提高材料的力学强度是必须解决的问题。中国专利CN1246256C公开的高韧性多孔网络结构部分稳定氧化锆陶瓷的制备方法，以氧化锆为基材，加入轻质氧化镁、氧化铈和微量超细氧化铝粉末，用机械球磨法混合，干压成型坯体经不同稳定的二次烧结得到高韧性多孔的部分稳定氧化锆陶瓷，该氧化锆陶瓷的微观呈多孔网络状，网络孔径为100-200nm，材料断裂韧性为12-21MPa/m，该氧化锆多孔陶瓷的多孔结构为开口状，且并未对陶瓷的抗压性能进行研究。中国文献(“纤维增强多孔YSZ陶瓷材料的制备和性能研究”，郎莹，清花大学工学博士学位论文，2014年4月)公开的纤维增强多孔YSZ陶瓷材料，利用YSZ纤维、氧化铝纤维、莫来石纤维以及硅酸铝纤维对YSZ陶瓷材料进行强度改性，发现氧化铝纤维可以有效增加多孔YSZ陶瓷材料的韧性，但是孔隙率也会受到一定的影响，继而影响了密度和热导率。由上述现有技术可知，通过添加氧化铝粉末或者氧化铝纤维可不同程度的提高氧化锆陶瓷的机械强度，但是在保证高气孔率的前提下提高材料的力学强度仍不能很好的解决。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是提供一种具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的制备方法，将氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、含空心氧化铝球和氧化铝纤维的氧化铝粉体和二氧化硅溶胶作为原料，利用粉体疏水化修饰剂同时调节pH值对氧化铝粉体表面进行疏水化改性，制备得到孔隙率高、机械强度高的超稳定的含闭孔结构的多孔泡沫陶瓷，制备方法简单，成本低廉，无毒无害。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：(1)将粒径为50nm-5μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、粒径为50nm-5μm的含空心氧化铝球和氧化铝纤维的氧化铝粉体和粒径为15-30nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨1-6h，得到总固含量为7-45％的混合浆料；(2)将步骤(1)制备的混合浆料加入用量为浆料总量0.006-0.8wt％的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至3-9.5，在1600-1900rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，干燥得到干燥的坯料；(3)将步骤(2)制备的坯料以5℃/min的速率升温至1300-1650℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体的直径为50-300nm，长度大于10μm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体的制备方法为：将氧氯化铬溶液中缓慢滴加草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中，再浸入氧化铱前驱体溶液中，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h得到氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中含空心氧化铝球和氧化铝纤维的氧化铝粉体中空心氧化铝球和氧化铝纤维的重量比为1-3:1，其中氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的3-10％，所述氧化铝纤维的直径为5μm，长度为1-2mm。作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中混合浆料中的组分，按重量百分比计，包括氧化锆粉体1-10％、氧化铝粉体5-35％、二氧化硅溶胶0.2-0.5％。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中粉体疏水化修饰剂为癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠中的一种。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中粉体疏水化修饰剂为癸酸时，pH值为4.5-5.5。作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中干燥方法为在石膏板上常温常压干燥、在40-70℃烘箱中干燥或者间歇式微波干燥，优选为在石膏板上常温常压干燥。作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的孔隙率不低于88％，抗压强度是相同孔隙率下的氧化铝多孔陶瓷抗压强度的1.5倍以上，导热系数不高于0.28W/K·m。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明制备的具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷采用癸酸、十六烷基硫酸钠、十八烷基硫酸钠或者十二烷基硫酸钠作为粉体疏水化修饰剂，通过调剂pH值同时对氧化锆和氧化铝粉体进行表面疏水化改性修饰，经球磨处理后得到超稳定的陶瓷颗粒泡沫浆料，制备方法简单，省去了凝胶、排胶的工序，而且粉体疏水化修饰剂的使用量少，降低了成本。(2)本发明制备的具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的主要原料为氧化锆、氧化铝和二氧化硅，氧化钇稳定的氧化锆是一种非常优秀的陶瓷材料，具有极高的力学强度、耐腐蚀、耐高温、热导率也很低，纳米线状的氧化钇稳定的氧化锆与氧化铝粉体中含有的氧化铝纤维为纳米级和毫米级纤维状，可以在烧结中保持纤维状，使陶瓷中既有微观多孔结构又有致密的微观和宏观纤维结构，在不影响孔隙率的基础上，进一步提高多孔陶瓷的抗压强度，将二氧化硅溶胶与氧化锆、氧化铝一起制备浆料，二氧化硅均匀分布于多孔陶瓷的开口，使多孔陶瓷形成部分闭孔的结构，进一步提高多孔陶瓷的抗压强度。(3)本发明制备的具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的密度小、导热系数低，气孔率高，保温性能优异，与无机气凝胶类似，尺寸成型性好，尺寸和孔隙率的可操控性强，机械强度好，具有十分优异的保温耐火性能，而且制备工艺简单，生产环节不产生有毒有害物质，绿色环保高效，适合于工业大范围生产，经济效益好。具体实施方式下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。实施例1：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将4％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、16％的含重量比为1:1的粒径为0.5μm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.3％的粒径为20nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨4h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的3％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.05wt％的癸酸粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至5.1，在1800rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，在石膏板上常温常压干燥24h得到干燥的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1400℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。实施例2：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将9.5％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、35％的含重量比为3:1的粒径为0.5μm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.5％的粒径为20nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨6h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的10％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.8wt％的十六烷基硫酸钠粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至4.0，在1600rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，在50℃烘箱中干燥4h得到干燥的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1450℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。实施例3：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将1.8％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、5％的含重量比为2:1的粒径为0.2μm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.2％的粒径为20nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨1h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的5％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.006wt％的十二烷基硫酸钠的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至5.5，在1900rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，在石膏板上常温常压干燥24h得到干燥的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1350℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。实施例4：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将1％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、10％的含重量比为3:1的粒径为50nm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.2％的粒径为15nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨3h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的4％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.01wt％的十八烷基硫酸钠的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至4.5，在1600rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，经间歇式微波干燥得到干燥的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1650℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。实施例5：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将10％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、20％的含重量比为1:1的粒径为5μm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.5％的粒径为30nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨6h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的6％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.2wt％的癸酸的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至5.5，在1600rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，在70℃烘箱中干燥6h的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1500℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。实施例6：(1)按照体积比为2:3，将0.2M的氧氯化铬溶液中缓慢滴加0.05M的草酸水溶液，搅拌均匀得到锆溶胶，将孔径为20nm的纳米多孔氧化铝膜先浸入锆溶胶中10min，再浸入氧化铱前驱体溶液中10min，取出，在红外灯下烘干，然后在氩气氛围下，在500℃烧结5h，得到直径为50-300nm，长度大于10μm的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体。(2)按重量百分比计，将5.5％的氧化铱稳定的纳米线状四方氧化锆粉体、25％的含重量比为2:1的粒径为1μm的空心氧化铝球和直径为5μm，长度为1-2mm的氧化铝纤维的混合物和0.4％的粒径为25nm的二氧化硅溶胶混合，在滚球球磨机中球磨5h，得到混合浆料，其中，氧化铝纤维的用量占总混合浆料质量的7％。(3)将混合浆料加入用量为浆料总量0.4wt％的癸酸的粉体疏水化修饰剂，用稀盐酸调节pH值至4.5，在1900rpm下机械搅拌进行发泡10min，然后在石膏板上注模，在40℃烘箱中干燥24h得到干燥的坯料。(4)将坯料以5℃/min的速率升温至1600℃，烧结2h，得到具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷。对比例：除去二氧化硅原料，其余条件参照实施例1。经检测，实施例1-6制备的具有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的孔隙率、抗压强度和导热系数的结果如下所示：实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6对比例孔隙率(％)96.187.298.292.494.693.595.4抗压强度(MPa)1.2111.80.068.976.499.520.58导热系数(W/K·m)0.080.280.040.100.090.080.07由上表可见，本发明制备的有闭孔结构的氧化锆增强氧化铝多孔陶瓷的孔隙率高、抗压强度好，导热系数低，与相同孔隙率的多孔陶瓷相比，抗压强度显著提高，导热系数变化不大。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3