多孔陶瓷材料、制作方法、多孔陶瓷及应用与流程

1.本发明涉及多孔陶瓷制作领域，尤其涉及一种多孔陶瓷材料、制作方法、多孔陶瓷及应用。


背景技术：

2.气溶胶发生装置用于产生气溶胶，其中经常采用多孔陶瓷雾化芯雾化产生气溶胶。多孔陶瓷雾化芯采用多孔陶瓷制成。目前，气溶胶发生装置用的多孔陶瓷在制作过程中，成型后，将成型体用无机粉进行填埋并高温脱脂。无机粉形成的毛细管有助于脱脂的进行，促进部分液相有机物的排出和有机材料分解产物的脱出，另一方面无机粉帮助成型体维持自身形状，避免因自身重力和有机物的脱出后导致的坯体变形和坍塌。
3.但是这种无机粉填埋的工艺，存在着诸多缺点：(1)脱脂后需要清理无机粉，耗时耗力，清理过程也容易损坏陶瓷；(2)陶瓷的表面因物理、化学作用粘上无机粉，难以清理；无法完全清除感觉的无机粉在气溶胶发生装置上有掉粉的风险，给用户带来了极大的安全隐患；(3)陶瓷粘上无机粉影响气溶胶发生装置的口感，同时陶瓷表面的金属发热线路容易脱落，糊芯风险大。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种多孔陶瓷材料、制作方法、多孔陶瓷及应用，以克服目前多孔陶瓷制作工艺及多孔陶瓷的缺陷。
5.本发明公开了一种多孔陶瓷材料，包括陶瓷粉料和粘结剂；按质量百分计，所述陶瓷粉料占比为55％-80％，余量为所述粘结剂。
6.可选的，按质量百分计，所述陶瓷粉料包括以下的组分：硅藻土30-70％、石英砂1-20％、玻璃粉1-20％、造孔剂10-50％、高岭土1-20％、碳酸钙0-10％、氧化镁0-10％、氧化锌0-10％、二氧化钛0-10％、滑石0-15％、长石0-15％、海泡石0-10％、膨润土0-5％。
7.可选的，所述陶瓷粉料包括以下按质量百分计的组分：硅藻土40％-50％、石英砂5％-10％、玻璃粉5％-10％、造孔剂20％-30％、高岭土5％-10％、碳酸钙2-5％、氧化镁0-10％、氧化锌0-10％、二氧化钛0-10％、滑石0％-10％、长石2％-10％、海泡石0-5％、膨润土0％-5％。
8.可选的，按质量百分计，所述粘结剂包括组分：石蜡30-75％、蜂蜡1-20％、低密度聚乙烯2-35％、硬质酸1-10％、植物油0％-5％、增塑剂0-10％。
9.可选的，所述粘结剂包括以下按质量百分计的组分：石蜡50-60％、蜂蜡5-10％、低密度聚乙烯15-20％、硬质酸5-10％、植物油2％-5％、增塑剂3-8％。
10.本发明还公开了一种多孔陶瓷制作方法，包括：
11.步骤1：按比例称取如上所述的陶瓷粉料以及如上所述的粘结剂；
12.步骤2：加热步骤1的粘结剂呈熔融状态，并加入步骤1的陶瓷粉料混合，得到预混物料；
13.步骤3：对步骤2的预混物料造粒，然后注塑成型，得到注塑胚体；
14.步骤4：脱脂、烧结步骤3的注塑胚体，得到多孔陶瓷。
15.可选的，所述步骤2具体为：
16.加热步骤1的粘结剂至70℃-170℃，并进行密炼、捏合或搅拌，使粘结剂呈熔融状态；
17.加入步骤1的陶瓷粉料混合2h-5h，得到预混物料。
18.可选的，所述步骤4具体为：
19.将烧结温度从室温升至250℃，并保温，升温时间为730min，保温时间为240min；
20.将烧结温度从250℃升至350℃，并保温，升温时间为300min，保温时间为60min；
21.将烧结温度从350℃升至500℃，并保温，升温时间为150min，保温时间为60min；
22.将烧结温度从500℃升至900℃，升温时间为120min；
23.将烧结温度从900℃升至1100℃，并保温，升温时间为120min，保温时间为120min；
24.将烧结温度从1100℃降至室温，完成烧结。
25.本发明还公开了一种多孔陶瓷，采用如上所述的制作方法制成。
26.本发明还公开了一种如上所述的多孔陶瓷在气溶胶发生装置中的应用。
27.本发明的多孔陶瓷制作方法，采用多孔陶瓷材料，通过注塑成型，制得多孔陶瓷，不需要用无机粉体进行填埋高温脱脂，多孔陶瓷不需要清理无机粉，节省人力物力，陶瓷不容易损坏，采用多孔陶瓷的气溶胶发生装置无掉粉风险，安全性好，金属发热线路不容易脱落，糊芯风险小。
附图说明
28.所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施方式，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
29.图1是本发明实施例多孔陶瓷制作方法的流程图；
30.图2是本发明实施例注塑坯体的热分析曲线图。
具体实施方式
31.为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
32.实施例1
33.一种多孔陶瓷材料，包括陶瓷粉料和粘结剂；按质量百分计，所述陶瓷粉料占比为55％-80％，余量为所述粘结剂。
34.本发明的多孔陶瓷材料，用于制作溶胶装置用多孔陶瓷，实现无埋粉脱脂工艺，固含量高，烧结强度高，制作出的溶胶装置用多孔陶瓷不容易损坏，无掉粉的风险，安全性高，气溶胶发生装置口感好，同时陶瓷表面的金属发热线路不容易脱落，糊芯风险小。
35.在本实施例中，陶瓷粉料占多孔陶瓷材料总质量的55％-80％，陶瓷粉料属于其中的固含量，高固含量有益于在脱脂过程中保持形状而不坍塌变形，但过高的固含量不利于
注塑成型，所以陶瓷粉料选为55％-80％。
36.具体地，陶瓷粉料包括以下按质量百分计的组分：硅藻土30-70％、石英砂1-20％、玻璃粉1-20％、造孔剂10-50％、高岭土1-20％、碳酸钙0-10％、氧化镁0-10％、氧化锌0-10％、二氧化钛0-10％、滑石0-15％、长石0-15％、海泡石0-10％、膨润土0-5％。
37.在本方案中，硅藻土自身具有优良的多孔结构，具有很好的吸附过滤特性，密度小，蓄热性好，在本方案中作为主要骨架材料，制作多孔陶瓷，应用在气溶胶发生装置中，在气溶胶发生装置使用过程中，雾化过滤效果好，质量轻。石英砂，玻璃粉，高岭土，滑石，膨润土为助熔成分，可以降低烧结温度，促进烧结。造孔剂可以在多孔陶瓷脱脂烧结过程中除去而留下孔结构。氧化镁、氧化锌、二氧化钛为添加剂，具有调节无机相的相成分、杀菌等作用。长石的加入可以方便调整多孔陶瓷的强度。碳酸钙可以调整润湿性能，改善烧结温度，海泡石加入可以调节气溶胶发生装置的综合口感。
38.其中，按质量百分计，硅藻土可以是30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％，石英砂可以是1％、5％、10％、15％、20％，玻璃粉可以是1％、5％、10％、15％、20％，造孔剂可以是10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％，高岭土可以是1％、5％、10％、15％、20％，碳酸钙可以是0-10％、氧化镁可以是0％、2％、5％、8％、10％，氧化锌可以是0％、2％、5％、8％、10％，二氧化钛可以是0％、2％、5％、8％、10％，滑石可以是0％、1％、5％、10％、15％，长石可以是0％、1％、5％、10％、15％，海泡石可以是0％、2％、5％、8％、10％，膨润土可以是0％、1％、2％、3％、4％、5％。
39.作为本实施例陶瓷粉料进一步优选的技术方案，所述陶瓷粉料包括以下按质量百分计的组分：硅藻土40％-50％、石英砂5％-10％、玻璃粉5％-10％、造孔剂20％-30％、高岭土5％-10％、碳酸钙2-5％、氧化镁0-10％、氧化锌0-10％、二氧化钛0-10％、滑石0％-10％、长石2％-10％、海泡石0-5％、膨润土0％-5％。
40.其中，按质量百分计，硅藻土可以是40％、42％、44％、46％、48％，石英砂可以是5％、7％、8％、10％，玻璃粉可以是5％、7％、8％、10％，造孔剂可以是20％、22％、24％、26％、28％、30％，高岭土可以是5％、7％、8％、10％，碳酸钙可以是2％、3％、4％、5％，氧化镁可以是0％、2％、4％、6％、8％、10％，氧化锌可以是0％、2％、4％、6％、8％、10％，二氧化钛可以是0％、2％、4％、6％、8％、10％，滑石可以是0％、2％、4％、6％、8％、10％，长石可以是2％、4％、6％、8％、10％，海泡石可以是0％、1％、2％、3％、4％、5％，膨润土可以是0％、1％、2％、3％、4％、5％。其中，碳酸钙太多会导致收缩比较大，尺寸一致性差，强度也会降低，其在2-5％的范围中，收缩小，尺寸一致性好，强度大。
41.另一方面，所述粘结剂包括以下按质量百分计的组分：石蜡30-75％、蜂蜡1-20％、低密度聚乙烯2-35％、硬质酸1-10％、植物油0％-5％、增塑剂0-10％。
42.本实施例中粘结剂的主要作用是赋予陶瓷粉料流动性，利于成型，并且可以在脱脂过程中全部排除，形成孔状结构。在本实施例中，石蜡作为小分子量有机物具有良好的热化学性能，在高温下容易脱除干净，作为粘结剂主料。粘结剂应用于陶瓷粉料，在制作多孔陶瓷时，粘结剂容易脱除干净，气溶胶发生装置的口感更好干净。蜂蜡熔点比石蜡高一些，利于增宽脱除温度区间，避免在石蜡脱除温度下粘结剂剧烈挥发带来鼓泡。低密度聚乙烯作为高粘度高弹性材料，是粘结剂的高温骨架。硬脂酸有利于陶瓷粉料和粘结剂的分散。植物油作为润滑剂，利于材料成型过程中的脱模。增塑剂可以提高注塑坯体的塑性。
43.其中，按质量百分计，石蜡可以是30％、35％、40％、45％、55％、60％、65％、70％、75％，蜂蜡1％、5％、10％、15％、20％，低密度聚乙烯2％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％，硬质酸1％、2％、4％、6％、8％、10％，植物油0％、1％、2％、3％、4％、5％、增塑剂0％、2％、4％、6％、8％、10％。
44.作为本实施例粘结剂进一步优选的技术方案，所述粘结剂包括以下按质量百分计的组分：石蜡50-60％、蜂蜡5-10％、低密度聚乙烯15-20％、硬质酸5-10％、植物油2％-5％、增塑剂3-8％。
45.其中，按质量百分计，石蜡可以是50％、52％、54％、56％、58％、60％，蜂蜡可以是5％、7％、9％、10％，低密度聚乙烯可以是15％、16％、18％、20％，硬质酸可以是5％、7％、9％、10％，植物油可以是2％、3％、4％、5％，增塑剂可以是3％、5％、7％、8％。
46.实施例2
47.一种陶瓷粉料，包括以下按质量百分计的组分：硅藻土50％，石英砂5％，玻璃粉6％，造孔剂30％，高岭土5％，长石4％。
48.实施例3
49.一种陶瓷粉料，包括以下按质量百分计的组分：硅藻土50％，石英砂5％，玻璃粉10％，造孔剂30％，高岭土5％。
50.实施例4
51.一种陶瓷粉料，包括以下按质量百分计的组分：硅藻土40％，石英砂5％，玻璃粉5％，造孔剂10％，高岭土7％，氧化镁5％，氧化锌5％，二氧化钛5％，滑石10％，长石5％、膨润土3％。
52.实施例5
53.一种陶瓷粉料，包括以下按质量百分计的组分：硅藻土30％，石英砂5％，玻璃粉5％，造孔剂10％，高岭土2％，碳酸钙5％，氧化镁5％，氧化锌5％，二氧化钛5％，滑石10％，长石5％、海泡石10％，膨润土3％。
54.实施例6
55.一种粘结剂，包括以下按质量百分计的组分：石蜡60％，蜂蜡10％，低密度聚乙烯15％，硬脂酸5％，植物油5％，增塑剂5％。
56.实施例7
57.一种粘结剂，包括以下按质量百分计的组分：石蜡70％，蜂蜡10％，低密度聚乙烯15％，硬脂酸5％。
58.实施例8
59.一种粘结剂，包括以下按质量百分计的组分：石蜡70％，蜂蜡7％，低密度聚乙烯15％，硬脂酸5％，植物油3。
60.实施例9
61.一种粘结剂，包括以下按质量百分计的组分：石蜡70％，蜂蜡7％，低密度聚乙烯15％，硬脂酸3％，增塑剂5％。
62.实施例10
63.如图1所示，一种多孔陶瓷制作方法，包括：
64.步骤1：按比例称取如上述实施例所述的陶瓷粉料以及上述实施例所述的粘结剂；
65.步骤2：加热步骤1的粘结剂呈熔融状态，并加入步骤1的陶瓷粉料混合，得到预混物料；
66.步骤3：对步骤2的预混物料造粒，然后注塑成型，得到注塑胚体；
67.步骤4：脱脂、烧结步骤3的注塑胚体，得到多孔陶瓷。
68.本实施例的多孔陶瓷制作方法，采用上述实施例所述的陶瓷粉料以及上述实施例所述的粘结剂，通过注塑成型，制得多孔陶瓷，不需要用无机粉体进行填埋高温脱脂，多孔陶瓷不需要清理无机粉，节省人力物力，陶瓷不容易损坏。应用在气溶胶发生装置中，采用多孔陶瓷的气溶胶发生装置无掉粉风险，安全性好，金属发热线路不容易脱落，糊芯风险小。
69.本实施例中，无埋粉脱脂技术可以实现脱烧一体，一次进炉完成产品，节约时间。而现有的无机粉填埋工艺，埋粉脱脂约40小时，取出清理表面的粘粉约4个小时，放置于烧结炉内进行高温烧结升温时间约6个小时，保温2个小时，随炉冷却后取出。本实施例的多孔陶瓷制作方法，可以省去清理表面粘粉的时间。
70.步骤4具体可以为：先脱脂步骤3的注塑胚体，在烧结注塑胚体，得到多孔陶瓷。具体的，注塑胚体脱脂40小时，取出后直接放置于烧结炉内进行高温烧结升温时间约6个小时，保温2个小时，随炉冷却后取出。本实施例比现有工艺节省了清理表面粘粉的时间，省去了清粉的步骤，从而避免了本步骤带来的陶瓷基体的破坏，良率从94％左右提升至99％左右。
71.在另一实施例汇总，步骤4也可以为：先同时进行高温脱脂和烧结步骤3的注塑胚体，得到多孔陶瓷。具体的，高温脱脂和烧结42小时，随炉冷却后取出。本实施例比现有工艺实现脱脂和烧结，只用同一台高温炉就可实现脱脂和烧结两个步骤，缩减了设备数量，缩短了脱脂烧结总时间，且无需清理粘粉，产品更洁净，更安全，良率为接近100％。
72.在步骤2中，加热使粘结剂呈熔融状态，可以使得陶瓷粉料充分混合融合，步骤3中对步骤2的颗粒均匀的注塑胚体。
73.具体的，所述步骤1还包括步骤：干燥陶瓷粉料，干燥温度为70℃-90℃，干燥时间为1.5h-2.5h。优选的，干燥温度为80℃，干燥时间为2h。在干燥后可以自然冷却，以备后用。干燥的目的是除去陶瓷粉料中的水分，防止水分过多的情况下，注塑过程中产生不可控制的气孔。
74.具体的，所述步骤2具体为：加热步骤1的粘结剂至70℃-170℃，并进行密炼、捏合或搅拌，使粘结剂呈熔融状态；加入步骤1的陶瓷粉料混合2h-5h，得到预混物料。密炼、捏合或搅拌可以选择其一，以将粘结剂混匀。密炼、捏合或搅拌通过相应的密炼机、捏合机、搅拌机执行。
75.具体的，所述步骤3具体为：对步骤2的预混物料造粒，造粒温度为50℃-140℃；对预混物料注塑成型，得到注塑胚体，注塑温度为50℃-140℃。在得到注塑坯体后，进一步对注塑坯体进行除去披锋、合模线步骤。
76.所述步骤4具体为：将烧结温度从室温升至250℃，并保温，升温时间为730min，保温时间为240min；将烧结温度从250℃升至350℃，并保温，升温时间为300min，保温时间为60min；将烧结温度从350℃升至500℃，并保温，升温时间为150min，保温时间为60min；将烧结温度从500℃升至900℃，升温时间为120min；将烧结温度从900℃升至1100℃，并保温，升
温时间为120min，保温时间为120min；将烧结温度从1100℃降至室温，完成烧结。
77.如图2所示注塑坯体的热分析曲线(dg-dsc曲线)，注塑坯体在室温至250℃缓慢升温，避免升温过快导致的坯体变形；250℃-350℃为有机物剧烈挥发阶段，降低升温速率，保证有机物脱除干净。500℃有机物基本挥发完全，之后快速升温，1100℃保温烧结得到孔隙均匀分布的多孔陶瓷。
78.具体的，按质量百分计，所述步骤1称取的陶瓷粉料占陶瓷粉料和粘结剂总质量的55％-80％，余量为粘结剂。陶瓷粉料属于其中的固含量，高固含量有益于在脱脂过程中保持形状而不坍塌变形。但是过高的固含量不利于注塑成型，陶瓷粉料选为55％-80％。
79.更具体的，在其中一个实施例中，按质量百分计，陶瓷粉料的占比为70％，粘结剂的占比为30％。其中，在陶瓷粉料中，按质量百分计，各组分的占比为：硅藻土50％，石英砂5％，玻璃粉6％，造孔剂30％，高岭土5％，长石4％。在粘结剂中，按质量百分计，各组分的占比为：石蜡60％，蜂蜡10％，低密度聚乙烯15％，硬脂酸5％，植物油5％，增塑剂5％。如表1所示，该配方获得的多孔陶瓷孔隙率≥60％，孔径约20um，满足多孔陶瓷的高还原度，口感优。
80.表1
81.烧结温度孔隙率孔径口感1100℃63.97％25.53um优
82.在其中一个实施例中，按质量百分计，陶瓷粉料的占比为75％，粘结剂的占比为25％。其中，在陶瓷粉料中的各组分的占比、粘结剂各组分的占比与上述相同，不再赘述。如表2所示，该配方获得的多孔陶瓷孔隙率≥60％，孔径约20um，满足多孔陶瓷的高还原度，口感优。
83.表2
84.烧结温度孔隙率孔径口感1120℃63.16％20.7um优
85.实施例11
86.一种多孔陶瓷，采用如上所述的多孔陶瓷制作方法制成。通过该方法制成的多孔陶瓷，不需要清理无机粉，节省人力物力，陶瓷不容易损坏，无掉粉风险，安全性好，气溶胶发生装置的金属发热线路不容易脱落，糊芯风险小。
87.实施例12
88.一种如上所述的多孔陶瓷在气溶胶发生装置中的应用。本发明的多孔陶瓷用在气溶胶发生装置中，气溶胶发生装置无掉粉风险，安全性好，金属发热线路不容易脱落，糊芯风险小。
89.需要说明的是，本方案中涉及到的各步骤的限定，在不影响具体方案实施的前提下，并不认定为对步骤先后顺序做出限定，写在前面的步骤可以是在先执行的，也可以是在后执行的，甚至也可以是同时执行的，只要能实施本方案，都应当视为属于本发明的保护范围。
90.以上内容是结合具体的可选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。