具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷及其制备方法

本发明属于多孔陶瓷，具体来说涉及一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术：

1、多孔陶瓷材料具有良好的耐高温性能、耐化学腐蚀性能以及机械力学性能，具有通孔结构的多孔陶瓷因其所具有的高孔隙率、低密度及较高比表面积等特点可被应用于催化剂负载及流体过滤等领域。刚玉相氧化铝多孔陶瓷是一种常用的多孔陶瓷材料，其中由刚玉相氧化铝六方晶片经气相反应过程生长并互锁连接构成的多孔陶瓷具有良好的通孔结构和应力缓冲能力，但其抗压缩强度仍有待提高。多孔陶瓷材料的抗压缩强度提升往往伴随孔隙率的降低，进而影响材料在催化剂负载及流体过滤方面的应用价值，因此，以保持较高孔隙率为前提实现晶片互锁结构氧化铝多孔陶瓷材料抗压缩强度的提升有利于提高该材料的应用潜力。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷，所述氧化铝多孔陶瓷具有良好的物理和化学稳定性、较高的孔隙率，优秀的力学性能，能够被用作催化剂负载材料和流体过滤材料。

2、本发明的另一目的在于提供上述具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷的制备方法，该制备方法以晶片互锁结构的氧化铝多孔陶瓷作为基体，通过添加造孔剂的方式辅助该基体内部形成多级孔洞结构，在氧化铝多孔陶瓷获得较高孔隙率的同时提升其力学性能。

3、本发明的目的是通过下述技术方案予以实现的。

4、一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

5、步骤1，将ρ-al2o3粉体、烧结助剂、催化剂、造孔剂和溶剂混合，搅拌至均匀，得到陶瓷浆料，其中，按质量份数计，所述ρ-al2o3粉体和催化剂的比为(7～9):(1～3)，所述造孔剂的质量为ρ-al2o3粉体的质量的10～30wt％，所述烧结助剂的质量为ρ-al2o3粉体的质量的1～3wt％，所述溶剂和催化剂所含结晶水的质量和与ρ-al2o3粉体和催化剂的质量和相同；

6、在步骤1中，所述烧结助剂为氧化铈。

7、在步骤1中，所述催化剂为氟化铝(alf3·3h2o)。

8、在步骤1中，所述造孔剂为二氧化硅基空心玻璃微珠。

9、在步骤1中，所述溶剂为水。

10、在步骤1中，ρ-al2o3粉体、烧结助剂和催化剂在混合前分别进行球磨、过筛。

11、在步骤1中，所述过筛目数为80～100目。

12、在步骤1中，所述球磨为干式球磨，所述球磨的转速为250～260r/min，球磨的时间为13～17h。

13、在步骤1中，所述搅拌的转速为470～520r/min，搅拌的时间为4～6min。

14、步骤2，将所述陶瓷浆料注入模具中固化，干燥，脱模，烘干，得到坯体，将所得坯体于1000～1300℃烧结1～2h，得到具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷。

15、在步骤2中，所述干燥的温度为27～35℃，干燥的时间为20～24h。

16、在步骤2中，所述烘干的温度为40～50℃，烘干的时间为4～6h。

17、在步骤2中，升温至1000～1300℃的升温速率为1～3℃/min。

18、上述制备方法获得的具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷，所述具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷的孔隙率为75～80％，抗压强度为12～20mpa。

19、与现有技术相比，本发明有益效果在于：

20、本发明以片状互锁氧化铝晶片构建的框架作为基体，二氧化硅基空心玻璃微珠作为造孔剂均匀分布在氧化铝基体中，形成一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷，其具有良好的耐高温性能、优异的力学性能和较高的孔隙率，能够被用作催化剂负载材料或流体过滤材料。

技术特征：

1.一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述烧结助剂为氧化铈，所述造孔剂为二氧化硅基空心玻璃微珠。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述催化剂为氟化铝，所述溶剂为水。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，ρ-al2o3粉体、烧结助剂和催化剂在混合前分别进行球磨、过筛，所述过筛目数为80～100目。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述球磨为干式球磨，所述球磨的转速为250～260r/min，球磨的时间为13～17h。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述搅拌的转速为470～520r/min，搅拌的时间为4～6min。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述干燥的温度为27～35℃，干燥的时间为20～24h。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，所述烘干的温度为40～50℃，烘干的时间为4～6h。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在步骤2中，升温至1000～1300℃的升温速率为1～3℃/min。

10.如权利要求1～9所述的制备方法获得的具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷，其特征在于，所述具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷的孔隙率为75～80％，抗压强度为12～20mpa。

技术总结
本发明公开了一种具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷及其制备方法，包括：将ρ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体、烧结助剂、催化剂、造孔剂和溶剂混合，搅拌至均匀，得到陶瓷浆料，其中，按质量份数计，ρ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体和催化剂的比为(7～9):(1～3)，造孔剂的质量为ρ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体的质量的10～30wt％，烧结助剂的质量为ρ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体的质量的1～3wt％，溶剂和催化剂所含结晶水的质量和与ρ‑Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;粉体和催化剂的质量和相同；将陶瓷浆料注入模具中固化，干燥，脱模，烘干，得到坯体，于1000～1300℃烧结1～2h，得到具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷。本发明以氧化铝晶片构建的框架作为基体，二氧化硅基空心玻璃微珠作为造孔剂均匀分布在氧化铝基体中，形成具有多级孔结构的氧化铝多孔陶瓷，其具有良好的耐高温性能、优异的力学性能和较高的孔隙率。

技术研发人员：刘珊,杨宗杰,毛智勇,王达健
受保护的技术使用者：天津理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5