本发明涉及陶瓷复合材料制备技术领域，具体涉及一种陶瓷金属多孔复合材料及其制备方法。
背景技术：
多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其中由于金属的电磁及高热导特性，使多孔金属材料在传感器、电磁屏蔽、电极材料和热交换等功能领域具有良好的应用价值，而多孔陶瓷耐高温、耐腐蚀的特点使其在流体过滤、催化剂载体和吸附材料等领域具有重要的应用价值。将多孔金属和多孔陶瓷复合为一体，使其具有两者的共同特性，将会极大的扩展其应用领域。
目前，由于多孔陶瓷和多孔金属制备工艺上的差别，很难将两种材料复合为一体，并且由于多孔陶瓷高的烧结温度，导致其很难与金属进行复合。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践提出了本发明。
技术实现要素：
本发明利用市售泡沫金属，选择烧结温度较低的陶瓷粉体，结合冷冻干燥工艺，制备出高孔隙率的陶瓷金属多孔复合材料。本发明采用的技术方案在于，提供一种陶瓷金属多孔复合材料的制备方法，其包括以下步骤：
第一步：将质量比1:0.3-0.6：1.2-3.1的高岭土、氧化铝粉体和工业铝溶胶置于混料罐中，混合烘干过筛后，加入矿化剂和助烧剂，再次混合烘干并过筛后，获得混合粉体a；
第二步：将第一步所述混合粉体a与溶剂和粘结剂置于混料罐中，加入氧化铝球，混合6h～12h，倒入烧杯后，加入消泡剂,在真空下除泡4-10min，获得稳定分散的浆料，其中所述混合粉体a占所述料浆总体积的5％-40％；
第三步：将多孔泡沫金属在丙酮中进行超声清洗，烘干并切割成所需的形状，将所述多孔泡沫金属放入与其形状一致的模具中，然后将所述模具放在制冷装置内进行冷冻处理，且冷冻温度为-196-0℃；
第四步：将第二步中所述浆料倒入步骤三所述模具中，并使所述浆料没过所述多孔泡沫金属，获得凝固的浆料；
第五步：将第四步所述凝固后的浆料在温度为-10℃-40℃、压力为1～100pa的条件下冷冻干燥1～5天，获得多孔陶瓷/金属复合生坯；
第六步：将第五步所述复合生坯置于密封的氧化铝坩埚中，在惰性气氛中进行反应烧结，烧结温度为900-1300℃，保温1-3h，升温速率为1-5℃/min，最终获得陶瓷/金属多孔复合材料。
较佳的，第一步中所述的工业铝溶胶固相含量为25％，且所述溶胶中的胶体颗粒大小为20-80nm；第一步所述高岭土需经过900℃高温煅烧，并经球磨使其粒径分布在0.2-1μm之间；第一步所述氧化铝粉体为α-al2o3，且所述粉体粒径为1-2μm。
较佳的，第一步中所述的矿化剂为无水氟化铝，且所述矿化剂的粒度为5-10μm，所述矿化剂的加入量占所述混合粉体a总质量的8-12％。
较佳的，第一步所述的助烧剂为moo3、mno2或cuo中的一种，且所述助烧剂的粒度为5-10μm，所述助烧剂的加入量占所述混合粉体a总质量的6-10％。
较佳的，第二步所述的溶剂为去离子水、叔丁醇或崁烯中的一种。
较佳的，第二步所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或明胶中的一种，且所述粘结剂占第一步所述混合粉体a质量的0.5％-1.6％。
较佳的，第二步所述的消泡剂为正丁醇，且所述消泡剂占第一步所述混合粉体a质量的0.3％-0.5％。
较佳的，第三步所述多孔泡沫金属为铁、铜、镍、钛、金、锆、钼中的一种或上述所述多孔泡沫金属的合金中的一种，且所述多孔泡沫金属的孔径为0.1-5mm。
较佳的，第六步所述的惰性气体为高纯氮气或氩气。
利用上述方法制备的一种陶瓷金属多孔复合材料。
与现有技术比较，本发明的有益效果在于：
1、将多孔金属和陶瓷复合为一体，使多孔陶瓷具备了导电、传感和加热的功能，便于下游应用的集成化或多功能化；
2、所制备的陶瓷/金属多孔复合材料孔隙率可在40％-90％范围间进行调节，孔径在1μm-70μm范围内可调；
3、由于冷冻成型过程中，泡沫金属良好的热传导性，会在其孔筋四周形成温度梯度，诱导冰晶定向生长，是的浆料中陶瓷颗粒定向排列，形成独特的孔结构，在催化、吸附等领域具有极好的应用前景；
4、本方法所用原料易得，工艺简单可靠，在工业化生产上具有明显优势。
具体实施方式
以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例1
本实施例提供了一种陶瓷金属多孔复合材料，其包括以下步骤：
第一步：分别称量100g、42g和205g的高岭土、氧化铝粉体和工业铝溶胶置入混料罐中，加入400g氧化铝磨球和150ml无水乙醇为球磨介质，连续混合24小时后，将浆料于80℃烘干过筛，再加入8.5g的氟化铝、6g的氧化钼粉体、400g氧化铝磨球和100ml无水乙醇，混合8小时，80℃烘干过100目钢筛，得到均匀混合粉体a；
第二步：将第一步所述混合粉体a与溶剂去离子水和粘结剂聚乙烯醇溶液加入混料罐中，加入300g氧化铝球，在室温下混合6h～12h，倒入烧杯后，加入消泡剂正丁醇后在真空下除泡4-10min，获得稳定分散的浆料，其中所述粘接剂聚乙烯醇溶液浓度为10wt％，且所述聚乙烯醇占所述混合粉体a质量的0.5％，所述混合粉体a占所述料浆总体积的30％，所述消泡剂正丁醇占所述混合粉体a质量的0.3％。
第三步：选取平均孔径大小为400μm的泡沫铜，将其用丙酮超声清洗20分钟后，将所述泡沫铜放入与其形状一致的模具中，然后将模具放在制冷装置内，冷冻温度为-50℃，等待30分钟后，使其温度达到稳定。
第四步：将第二步所述浆料倒入第三步所述模具中，使所述浆料没过所述泡沫铜，获得凝固的浆料；。
第五步：将第四步所述凝固后的浆料置于温度为-10℃、压力小于50pa的条件下冷冻干燥4天，获得多孔陶瓷金属复合生坯；
第六步：将第五步中所述陶瓷金属复合生坯置于密封的氧化铝坩埚中，在高纯氩气中进行反应烧结，烧结温度为950℃，保温3小时，升温速率为4℃/min，最终获得陶瓷金属多孔复合材料。
其中，第一步中所述的工业铝溶胶固相含量为25％，且溶胶中的所述胶体颗粒大小为20-80nm；第一步所述的高岭土需经过900℃高温煅烧，并经球磨使其粒径分布在0.2-1μm之间；第一步所述的氧化铝粉体为α-al2o3，且所述粉体粒径为1-2μm，所述矿化剂和所述助烧剂的粒度均为5-10μm。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为65％，压汞法测出的平均孔径为12μm，比表面积为6.5m2/g。
因此，由于金属高的热导率，在冷冻成型的过程中，陶瓷颗粒会在多孔金属孔筋四周形成发散状的特殊多孔结构，这对于流体扩散或吸附都是极为有利的，所制备的产品具有金属的电磁特性，也兼具多孔陶瓷的高比表面积和孔径易调节的特点，可使复合材料在流体过滤或吸附的同时，具有导电、传感和加热等功能，便于下游应用的集成化或多功能化，在催化、吸附等领域具有极好的应用前景；且本方法所用高岭土为经高温煅烧并球磨的白色粉体，其他试剂均为市售产品，除工业铝溶胶外，均为分析纯试剂，原料易得，工艺简单可靠，在工业化生产上具有明显优势。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第一步中所述高岭土、所述氧化铝粉体和所述工业铝溶胶的质量分别为100g，20g和309g；
第二步中所述混合粉体a占所述浆料总体积的10％；
第三步中所述多孔泡沫金属为平均孔径为100μm的泡沫镍；
第六步所述烧结温度为1200℃，保温时间2h。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为80％，压汞法测出的平均孔径为8.3μm，比表面积为3.5m2/g。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第二步中所述溶剂为叔丁醇，所述粘接剂为浓度为10wt％的聚乙烯醇缩丁醛水溶液，且所述粘结剂的质量分数占所述混合粉体a质量的0.8％；
第四步所述冷冻温度为-30℃；
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为60％，压汞法测出的平均孔径为24μm，比表面积为2.1m2/g。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第一步中所述高岭土、所述氧化铝粉体和所述工业铝溶胶的质量分别为100g、62g和104g；
第三步所述多孔泡沫金属为平均孔径为5mm的泡沫铁；
第六步所述烧结温度为1300℃。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为55％，压汞法测出的平均孔径为13μm，比表面积为2.3m2/g。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第二步中所述混合粉体a占所述料浆总体积的5％；
第三步所述多孔泡沫金属为平均孔径为200μm的泡沫金；
第六步所述烧结温度为925℃。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为90％，压汞法测出的平均孔径为37μm，比表面积为4.6m2/g。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第三步所述多孔泡沫金属为平均孔径为3mm的泡沫钼；
第六步所述烧结温度为1300℃。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为60％，压汞法测出的平均孔径为24μm，比表面积为1.6m2/g。
实施例7
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第二步所述溶剂为崁烯，所述粘接剂为聚乙烯醇缩丁醛水溶液，且所述粘结剂的质量分数占所述混合粉体a质量的0.8％，且所述浆料在50℃的环境下进行混合；
第四步所述冷冻温度为0℃；
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为60％，压汞法测出的平均孔径为42μm，比表面积为3.6m2/g。
实施例8
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第二步所述混合粉体a占所述料浆总体积的40％；
第三步所述多孔泡沫金属为平均孔径为5mm的泡沫锆；
第六步所述烧结温度为1300℃。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为40％，压汞法测出的平均孔径为7μm，比表面积为2.8m2/g。
实施例9
本实施例与实施例1的不同之处在于：
第一步所述助烧剂为第一步所述的助烧剂为氧化铜，且所述助烧剂的平均粒度为8μm；
第二步所述消泡剂正丁醇占所述混合粉体a质量的0.5％；
第三步所述多孔泡沫金属为平均孔径为3mm的泡沫铁镍合金。
本实施例制备出的陶瓷金属多孔复合材料气孔率为56％，压汞法测出的平均孔径为48μm，比表面积为6.2m2/g。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。