本发明涉及多孔玻璃
技术领域：
，具体涉及一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法。
背景技术：
：多孔玻璃作为一种新型多孔材料，具有热稳定性高、耐腐蚀、强度高、再生能力强、环境友好等优点，适于用作吸附剂、精制剂、药物缓释剂及催化剂载体。随着现代化工、生化、环保、医药等领域的不断发展，多孔玻璃的研究和应用不断深入。此外，多孔玻璃的微孔中引入纳米金属颗粒，引起量子限域效应、介电限域效应，可以提高玻璃的非线性光学性能，可应用于光存储、传输和开关等，为光电设备的主要部件。目前的含有纳米金属粒子的多孔玻璃的生产工艺大多采用溶胶凝胶法，在制备玻璃的同时将含有金属盐的溶液与玻璃溶胶混合，通过后处理能够得到含有金属纳米粒子的玻璃，金属纳米粒子的分散也相对比较均匀。但是这种方工艺复杂、生产周期较长，且玻璃制品的抗压强度较低，应用范围受到了限制。技术实现要素：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法，该制备方法工艺简单可控，周期较短，多种金属离子的均匀分散，孔径和孔隙率均可通过工艺参数来调节，制备的多孔玻璃由于多种金属粒子的尺寸和性能的影响，非线性光学性能得到了显著提高，抗拉强度和劈裂强度大大提高，可用于医疗、保温、净化领域。本发明解决技术问题采用如下技术方案：一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）金属粉末处理：选取粒径20～100μm的金属粉末，加入无水乙醇中，搅拌5～10min后，放入20～30khz的超声波清洗机中超声3～5次，单次超声清洗的时间为3～8min；取出后减压过滤，滤饼置于35～45℃的烘箱中烘干至水分含量小于5%，得到提纯后的金属粉末；（2）玻璃粉体的制备：将玻璃形成体醇盐溶解于有机溶剂a中，再加入去离子水，得到玻璃形成体溶液；将玻璃添加物溶解于有机溶剂b中得到玻璃添加物溶液；将玻璃形成体溶液与玻璃添加物溶液混合后，在20～30℃、400～600rpm/min条件下搅拌20～30min后，得到混合液；缓慢滴加碱性溶液，将体系ph值调节至10～12时，得到玻璃溶胶；玻璃溶胶置于球磨机中湿法球磨2～3小时，过200～300目筛，50～60℃的烘箱干燥6～10小时后得到玻璃粉体；（3）金属粉末与玻璃粉体混料：将金属粉末与玻璃粉体按照质量比1:50～100混合，加入适量的丙三醇，40～60rpm/min搅拌30～40min后得到混合物料；（4）烧结：将混合物料置于可在成孔温度产生气体的模具中，将模具置于加热炉中，在15～25mpa的真空压力下恒速升温至850～950℃，保温烧制30～40min后，再恒速降温至350～400℃，取出后自然冷却至室温，将材料从模具中取出，得到烧结玻璃；（5）酸腐蚀：将烧结玻璃先置于5～15%的强酸溶液中腐蚀3～4小时；再置于20～40%的弱酸溶液中腐蚀6～8小时，除去烧结玻璃表面和孔洞内的金属粉末，清水淋洗3～5次，自然晾干水分；（6）精加工：将酸腐蚀后的烧结玻璃切割、打磨、抛光得到该多孔玻璃。进一步的，所述步骤（1）金属粉末为含有fe、ag、al、ni、cu、sn、pb、mn、cr、be、co、nb多种金属元素的粉末。进一步的，所述步骤（2）玻璃形成体醇盐为si(oc2h5)4或si(och3)4，有机溶剂a为甲醇、乙醇、丙三醇、乙酸乙酯中的一种或多种的混合物，有机溶剂a的用量为玻璃形成体醇盐质量的20～30倍。进一步的，所述步骤（2）玻璃添加物为nacl、kcl、na2co3、sio2、mgo、al2o3中的一种或多种的混合物，所述有机溶剂b为甲醇、乙醇、乙腈、甲苯中的一种或多种的混合物。进一步的，所述步骤（2）碱性溶液为体积浓度10～20%的氨水溶液或碳酸氢钠溶液。进一步的，所述步骤（4）恒速升温的速率为10～20℃/min，恒速降温的速率为30～40℃/min。进一步的，所述步骤（5）强酸溶液为硝酸、硫酸或盐酸。进一步的，所述步骤（5）弱酸溶液为氨水、草酸溶液或醋酸溶液。进一步的，所述模具的材质为石灰岩、白云岩、菱镁矿、硫酸镁白云岩、珍珠岩、赤铁矿或软锰矿。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：（1）本发明的多孔玻璃的制备方法，包括金属粉末处理、玻璃粉体制备、混料、烧结、酸腐蚀、精加工等步骤，工艺简单可控，周期较短，孔径和孔隙率均可通过工艺参数来调节，制备的多孔玻璃由于多种金属粒子的尺寸和性能的影响，非线性光学性能得到了显著提高，抗拉强度和劈裂强度大大提高，可用于医疗、保温、净化领域的材料。（2）本发明的金属粉末处理过程中，通过选取特定粒径尺寸的金属粉末，无水乙醇良好的溶解性可以除去粉末中的大部分水溶性和脂溶性杂质，保证金属的纯度，便于控制多孔玻璃的孔径大小和分布，有利于减小分子进入及离开时的阻力，避免孔洞道堵塞。（3）本发明的玻璃粉体制备，以玻璃形成体醇盐为主要骨架，配合提高性能的玻璃添加物，通过精确控制成分和配比，形成的玻璃溶胶转化为玻璃粉末；粉末的球磨处理能够提高材料的活化能，减小细度，有利于后期烧结的工艺稳定性和玻璃的抗压强度。（4）本发明的烧结与耐腐蚀工艺中，程序升温和程度降温能够使得玻璃稳定地烧结和冷却成型；酸腐蚀的过程促进了玻璃孔径的均匀和细化，并且酸洗掉大部分残留在玻璃表面的金属粒子，避免了多孔玻璃在使用过程中的金属辐射对人体的伤害。具体实施方式以下结合具体实施例对发明作进一步详细的描述。实施例1一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）金属粉末处理：选取粒径20～100μm的金属粉末，金属粉末为含有fe、ag、al、ni、cu、sn、pb、mn、cr、be、co、nb多种金属元素的粉末。加入无水乙醇中，搅拌6min后，放入20～30khz的超声波清洗机中超声3次，单次超声清洗的时间为8min；取出后减压过滤，滤饼置于45℃的烘箱中烘干至水分含量小于5%，得到提纯后的金属粉末。（2）玻璃粉体的制备：将si(oc2h5)4溶解于其质量25倍的乙醇中，再加入去离子水，得到玻璃形成体溶液；将nacl溶解于乙醇中得到玻璃添加物溶液；将玻璃形成体溶液与玻璃添加物溶液混合后，在25℃、600rpm/min条件下搅拌30min后，得到混合液；缓慢滴加体积浓度16%的氨水溶液或碳酸氢钠溶液，将体系ph值调节至10～12时，得到玻璃溶胶；玻璃溶胶置于球磨机中湿法球磨2.6小时，过200～300目筛，50℃的烘箱干燥10小时后得到玻璃粉体。（3）金属粉末与玻璃粉体混料：将金属粉末与玻璃粉体按照质量比1:80混合，加入适量的丙三醇，50rpm/min搅拌36min后得到混合物料。（4）烧结：将混合物料置于可在成孔温度产生气体的、材质为石灰岩模具中，将模具置于加热炉中，在20mpa的真空压力下以15℃/min恒速升温至900℃，保温烧制36min后，再以35℃/min恒速降温至370℃，取出后自然冷却至室温，将材料从模具中取出，得到烧结玻璃。（5）酸腐蚀：将烧结玻璃先置于10%的硝酸中腐蚀4小时；再置于40%的氨水中腐蚀8小时，除去烧结玻璃表面和孔洞内的金属粉末，清水淋洗3～5次，自然晾干水分。（6）精加工：将酸腐蚀后的烧结玻璃切割、打磨、抛光得到该多孔玻璃。实施例2一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）金属粉末处理：选取粒径20～100μm的金属粉末，金属粉末为含有fe、ag、al、ni、cu、sn、pb、mn、cr、be、co、nb多种金属元素的粉末。加入无水乙醇中，搅拌8min后，放入20～30khz的超声波清洗机中超声4次，单次超声清洗的时间为6min；取出后减压过滤，滤饼置于38℃的烘箱中烘干至水分含量小于5%，得到提纯后的金属粉末。（2）玻璃粉体的制备：将si(oc2h5)4溶解于其质量25倍的乙酸乙酯中，再加入去离子水，得到玻璃形成体溶液；将mgo溶解于甲苯中得到玻璃添加物溶液；将玻璃形成体溶液与玻璃添加物溶液混合后，在28℃、600rpm/min条件下搅拌22min后，得到混合液；缓慢滴加体积浓度16%的氨水溶液或碳酸氢钠溶液，将体系ph值调节至10～12时，得到玻璃溶胶；玻璃溶胶置于球磨机中湿法球磨3小时，过200～300目筛，55℃的烘箱干燥8小时后得到玻璃粉体。（3）金属粉末与玻璃粉体混料：将金属粉末与玻璃粉体按照质量比1:90混合，加入适量的丙三醇，60rpm/min搅拌30min后得到混合物料。（4）烧结：将混合物料置于可在成孔温度产生气体的、材质为硫酸镁白云岩模具中，将模具置于加热炉中，在25mpa的真空压力下以20℃/min恒速升温至950℃，保温烧制30min后，再以30℃/min恒速降温至400℃，取出后自然冷却至室温，将材料从模具中取出，得到烧结玻璃。（5）酸腐蚀：将烧结玻璃先置于12%的盐酸中腐蚀3.6小时；再置于30%的草酸溶液中腐蚀7小时，除去烧结玻璃表面和孔洞内的金属粉末，清水淋洗3～5次，自然晾干水分。（6）精加工：将酸腐蚀后的烧结玻璃切割、打磨、抛光得到该多孔玻璃。实施例3一种含有多种金属的多孔玻璃的制备方法，包括以下步骤：（1）金属粉末处理：选取粒径20～100μm的金属粉末，金属粉末为含有fe、ag、al、ni、cu、sn、pb、mn、cr、be、co、nb多种金属元素的粉末。加入无水乙醇中，搅拌10min后，放入20～30khz的超声波清洗机中超声5次，单次超声清洗的时间为5min；取出后减压过滤，滤饼置于45℃的烘箱中烘干至水分含量小于5%，得到提纯后的金属粉末。（2）玻璃粉体的制备：将si(och3)4溶解于其质量20～30倍的甲醇中，再加入去离子水，得到玻璃形成体溶液；将al2o3溶解于乙腈中得到玻璃添加物溶液；将玻璃形成体溶液与玻璃添加物溶液混合后，在30℃、450rpm/min条件下搅拌26min后，得到混合液；缓慢滴加体积浓度20%的氨水溶液或碳酸氢钠溶液，将体系ph值调节至10～12时，得到玻璃溶胶；玻璃溶胶置于球磨机中湿法球磨3小时，过200～300目筛，60℃的烘箱干燥7小时后得到玻璃粉体。（3）金属粉末与玻璃粉体混料：将金属粉末与玻璃粉体按照质量比1:100混合，加入适量的丙三醇，40rpm/min搅拌30min后得到混合物料。（4）烧结：将混合物料置于可在成孔温度产生气体的、材质为石灰岩、白云岩、菱镁矿、硫酸镁白云岩、珍珠岩、赤铁矿或软锰矿模具中，将模具置于加热炉中，在18mpa的真空压力下以18℃/min恒速升温至930℃，保温烧制35min后，再以36℃/min恒速降温至390℃，取出后自然冷却至室温，将材料从模具中取出，得到烧结玻璃。（5）酸腐蚀：将烧结玻璃先置于8%的硫酸中腐蚀4小时；再置于20%的醋酸溶液中腐蚀6小时，除去烧结玻璃表面和孔洞内的金属粉末，清水淋洗3～5次，自然晾干水分。（6）精加工：将酸腐蚀后的烧结玻璃切割、打磨、抛光得到该多孔玻璃。性能测试：对实施例1-3制备的多孔玻璃进行了孔径、孔隙率、抗压强度的测试，测量结果见下表。实施例孔径（μm）孔隙率（%）抗压强度（mpa）14.87820.825.47518.735.67316.5由上表可以看出，本发明的多孔玻璃具有细密的孔径和较高的孔隙率、抗压强度，适合大规模生产。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，也应视为本发明的保护范围。当前第1页12