多孔陶瓷原料、多孔陶瓷及其制备方法与应用与流程

本发明涉及陶瓷材料及工艺技术领域，特别是涉及多孔陶瓷原料、多孔陶瓷及其制备方法与应用。

背景技术：

电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，有着与卷烟一样的外观、烟雾、味道和感觉，是通过雾化等手段，将烟油变成蒸汽后，让使用者吸食的一种产品。

电子烟雾化器芯是电子烟的核心部件，它决定了电子烟产生烟雾量的大小、口感等。传统的电子烟雾化器芯以不锈钢材料作为主体材料，内部以导油棉和发热丝构成雾化内仓，而导油棉雾化器芯带来的问题是，雾化器易糊味，整体口感差，使用寿命短等缺陷。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种多孔陶瓷原料，采用此多孔陶瓷原料制成的多孔陶瓷可以替代导油棉作为雾化芯的储油和导油功能部件，能大幅度提升烟雾量、口感，延长使用寿命。

一种多孔陶瓷原料，包括以下质量百分含量的组分：氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～22％。

上述多孔陶瓷原料，采用氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～22％，无需加入造孔剂，可制备孔径为10μm～50μm、孔隙率达30％～70％的多孔陶瓷，导油顺畅，发热电路镀于其表面不会渗入孔隙中造成短路或发热不均匀造成糊焦的问题，可以替代导油棉作为雾化芯的储油和导油功能部件，能大幅度提升烟雾量、口感，延长使用寿命。

在其中一个实施例中，促烧剂选自氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁中的一种或几种。

在其中一个实施例中，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1～20:1～20:1～20:1～20。

在其中一个实施例中，氧化铝的颗粒粒径为20μm～100μm。

本发明还提供了一种多孔陶瓷的制备方法，将上述任一项的原料制成孔径为10μm～50μm、孔隙率达30％～70％的多孔陶瓷，适用于电子烟。所述多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

取如下质量百分含量的组分：氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～20％，加入粘结剂，然后混合造粒，获得混料，混料的粒径为10μm～100μm；

将混料干压成型，获得素坯；

将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

在其中一个实施例中，还包括以下步骤：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行表面处理，表面处理为抛光打磨和/或超声清洗。

在其中一个实施例中，混料的颗粒粒径为10μm～100μm。

在其中一个实施例中，干压成型的压力为；95t～110t。

在其中一个实施例中，排胶的工序为：自室温加热1h～3h至200±5℃，再加热1h～10h至500±5℃，再加热1h～10h至900±5℃，然后自然冷却至室温。

在其中一个实施例中，烧结的工序为：自室温加热1h～5h至500±2℃，再加热3h～10h至1200±10℃，恒温1h～3h。

上述多孔陶瓷可以应用于电子烟，作为雾化器芯。

附图说明

图1为实施例5的多孔陶瓷的sem图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

下列实施例中未注明具体条件的试验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书建议的调节进行选择。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过市售购买获得的常规产品。

本发明提供一种多孔陶瓷原料包括以下质量百分含量的组分：氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～22％。

采用氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～22％的原料，无需加入造孔剂，可制备孔径为10μm～50μm、孔隙率达30％～70％的多孔陶瓷，二氧化钛增加多孔陶瓷的亲油性，使烟油可吸入多孔陶瓷的孔隙，不产生排斥，导油顺畅，发热电路的导电材料镀于其表面时不会渗入孔隙中造成短路或发热不均匀致使糊焦的问题。

一个实施例中，促烧剂选自氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁中的一种或几种。较优地，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1～20:1～20:1～20:1～20。

一个实施例中，氧化铝的颗粒粒径为20μm～100μm，使氧化铝的颗粒与颗粒之间形成一定的间隙，并在排胶与烧结的过程中产生预计要求的孔隙，且粘结的氧化铝颗粒。

一个实施例中，多孔陶瓷原料还包括粘结剂，粘结剂占多孔陶瓷原料中的质量百分含量为5％～20％

上述多孔陶瓷，可以替代导油棉作为雾化芯的储油和导油功能部件，能大幅度提升烟雾量、口感，且氧化铝陶瓷的硬度、耐腐蚀性及耐磨性佳，可延长电子烟的使用寿命。

本发明还提供了一种多孔陶瓷的制备方法，将上述任一项的原料制成孔径为10μm～50μm、孔隙率达30％～70％、适用于电子烟的多孔陶瓷。所述多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝40％～80％、二氧化硅1％～20％、二氧化钛1％～20％和促烧剂1％～22％，加入粘结剂，将粘结剂与氧化铝、二氧化硅、二氧化钛及促烧剂混合造粒，获得混料。较优地，混料的颗粒粒径为10μm～100μm。

粘结剂加入的量占混料中的质量百分含量为5％～20％。一个实施例中，粘结剂为聚乙烯醇。

s220：将混料干压成型，获得素坯。

一个实施例中，干压成型的压力为95t～110t，此范围的压力下，素坯内部的颗粒粘结适度，留有一定的间隙，可供形成符合设计要求的孔隙。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

一个实施例中，排胶的工序为：自室温加热1h～3h至200±5℃，粘结剂开始熔化，并渐渐排出，形成较细的孔隙；再加热1h～10h至500±5℃，粘结剂的排出速率增加，与其他成分的粘结及膨胀速率相协调，孔隙基本成型；再加热1h～10h至900±5℃，粘结剂基本全部排出，孔隙基本定型，然后自然随炉冷却至室温，避免热胀冷缩，使多孔陶瓷变脆或内部结构崩塌。

一个实施例中，烧结的工序为：自室温加热1h～5h至500±2℃，逐渐升温，避免升温速率过快而引起内部结构崩塌，影响孔隙结构；再加热3h～10h至1200±10℃，恒温1h～3h。

一个实施例中，还包括以下步骤：

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行表面处理，表面处理为抛光打磨和/或超声清洗。抛光打磨使坯体表面平整。超声清洗为清水超声清洗，主要作用为清洗孔隙内的杂质，避免堵塞孔隙，影响后续的吸油效果。清洗后烘干即可使用。

以下为具体实施例说明。

实施例1

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝45％、二氧化硅20％、二氧化钛14％、粘结剂9％和促烧剂12％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:12:8:11，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为30μm～100μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为100t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热1h至195℃，再加热8h至500℃，再加热3h至905℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至500℃，再加热10h至1210℃，恒温1h。

s440：对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

实施例2

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝41％、二氧化硅18％、二氧化钛20％、粘结剂10％和促烧剂11％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠及氧化镁的混合物，氧化钠及氧化镁的质量比为2:5，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为10μm～75μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为98t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热2h至205℃，再加热5h至500℃，再加热1h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热3h至501℃，再加热10h至1200℃，恒温1h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行超声清洗。

实施例3

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝58％、二氧化硅15％、二氧化钛9％、粘结剂15％和促烧剂3％，促烧剂为氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:2:2，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为40μm～90μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为100t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热1.5至200℃，再加热4h至505℃，再加热10h至905℃。

烧结的工序为：自室温加热1h至498℃，再加热10h至1190℃，恒温3h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨。

实施例4

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝72％、二氧化硅7％、二氧化钛10％、粘结剂6％和促烧剂5％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:5:3:20，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为20μm～60μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为110t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热2h至198℃，再加热1h至495℃，再加热1h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热1h至498℃，再加热3h至1195℃，恒温2h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

实施例5

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝62％、二氧化硅8％、二氧化钛13％、粘结剂8％和促烧剂9％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:20:8:15，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为45μm～90μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为100t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热2.5h至200℃，再加热6h至500℃，再加热8h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至500℃，再加热10h至1210℃，恒温1.5h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

实施例6

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝80％、二氧化硅1.5％、二氧化钛2％、粘结剂12.5％和促烧剂4％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化铁及氧化镁的混合物，氧化铁及氧化镁的质量比为1:1，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为50μm～100μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为110t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热3h至205℃，再加热1h至500℃，再加热10h至905℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至502℃，再加热10h至1200℃，恒温2h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行超声清洗。

实施例7

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝77％、二氧化硅11％、二氧化钛5.5％、粘结剂5％和促烧剂1.5％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为20:3:20:20，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为10μm～70μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为105t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热1.5h至202℃，再加热3h至503℃，再加热7h至904℃。

烧结的工序为：自室温加热4h至500℃，再加热3h至1200℃，恒温3h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行超声清洗。

实施例8

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝68％、二氧化硅4％、二氧化钛3％、粘结剂5％和促烧剂20％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为4:17:1:1，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为50μm～90μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为105t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热3h至205℃，再加热1h至500℃，再加热5h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至500℃，再加热5h至1200℃，恒温3h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

对比例1

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝62％、二氧化钛21％、粘结剂8％和促烧剂9％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:20:8:15，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为45μm～90μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为100t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热2.5h至200℃，再加热6h至500℃，再加热8h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至500℃，再加热10h至1210℃，恒温1.5h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

对比例2

本实施例的多孔陶瓷的制备方法包括以下步骤：

s110：取如下质量百分含量的组分：氧化铝62％、二氧化硅21％、粘结剂8％和促烧剂9％，粘结剂为聚乙烯醇，促烧剂为氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的混合物，氧化钠、氧化钙、氧化铁及氧化镁的质量比为1:20:8:15，将氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、促烧剂及粘结剂混合造粒，获得混料，混料的颗粒粒径为45μm～90μm。

s220：将混料干压成型，干压成型的压力为100t，获得素坯。

s330：将素坯进行排胶、烧结，获得多孔陶瓷的坯体。

排胶的工序为：自室温加热2.5h至200℃，再加热6h至500℃，再加热8h至900℃。

烧结的工序为：自室温加热5h至500℃，再加热10h至1210℃，恒温1.5h。

s440：获得多孔陶瓷的坯体后，对坯体进行抛光打磨和超声清洗。

取实施例1至8及对比例1和对比例2的多孔陶瓷坯体进行性能检测，检测结果如表1。

表1

其中，对实施例5的多孔陶瓷进行sem扫描电镜，测试结果如图1所示，可看出实施例5的多孔陶瓷成孔效果良好，且坯体内部结构没有坍塌。

由表1可知，实施例1至5的多孔陶瓷的各个性能相较对比例1及对比例2更优，对比例1及对比例2，实施例1至5的多孔陶瓷的孔径为10μm～50μm、孔隙率达30％～70％，吸油速度快，则导油通畅，不容易形成堵塞，且导热快，有助于提升烟雾量，进而提升口感。

对比例1及对比例2的原料配方与实施例5的原料配方最接近，但因二氧化硅与二氧化钛的含量不同，使得对比例1及对比例2的多孔陶瓷的孔径及孔隙率明显下降，导油不够通畅，容易形成堵塞，则本发明的多孔陶瓷的原料配方为一有机的整体，各组分的缺少都可能导致产品的孔径及孔隙率减小，进而影响导油性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，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。