一种多孔氧化铝陶瓷、制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多孔陶瓷材料技术领域，尤其涉及一种具有H维通开孔结构、双模孔 径分布的多孔氧化铅陶瓷及其制备方法，该陶瓷材料可应用于过滤、分离、催化剂载体、人 工骨骼、保温材料、微波吸收剂载体等多种领域。
【背景技术】
[0002] 多孔陶瓷具有耐酸碱腐蚀、耐高温、高强度等优点，被广泛应用于过滤、分离、催化 剂载体、人工骨骼、耐火保温材料微波吸收剂载体等技术领域。
[0003] 在过滤、分离领域，为了实现过滤及分离功能，需要在陶瓷基体中引入H维连通 孔，但是不同尺寸的过滤物或分离物所需要的孔径不同，因此为了满足过滤分离的实际需 要，期望能够设计制备具有H维连通孔结构、并且孔径可控的多孔陶瓷。
[0004] 多孔陶瓷用于人工骨骼时需要高的抗压强度。但是，一般而言，多孔陶瓷的孔隙率 越高，抗压强度就越低。因此，为了满足人工骨骼材料的实际需要，需要设计制备出一种具 有一定孔隙率，并且同时具有良好抗压强度的多孔陶瓷。
[0005] 另外，多孔陶瓷用于保温耐火材料时需要高气孔率、合适的孔径分布，W及良好的 抗压强度。
[0006] 目前制备多孔陶瓷主要采用造孔剂法、模板浸溃法、冷冻干燥法、低温烧结等方 法。其中，造孔剂法可W制备孔径尺寸形貌可控的多孔陶瓷，孔隙率在较宽范围内可调，但 是利用该方法制备的多孔陶瓷的孔隙一般为闭孔，因而不适用于分离、过滤等领域。模版浸 溃法适用于制备较高孔隙率(一般大于60%)的多孔陶瓷，并且孔为开孔连通结构，适用于液 体金属等的过滤、分离，但是其孔径受模板的限制，一般较大(百微米尺度)，因而不适用于 微小颗粒过滤及气液相分离。冷冻干燥法可W制备孔径定向分布的多孔陶瓷，但其制备工 艺复杂，且不适合大尺寸样品制备。低温烧结法是将压实粉体进行烧结，在烧结过程中当刚 开始形成烧结颈便停止烧结，利用该种方法可W制备具有H维连通的多孔陶瓷，但其孔隙 率和孔径分布却难W调控。
【发明内容】
[0007] 本发明的技术目的是提供一种新型结构的多孔陶瓷材料，该陶瓷材料具有H维连 通孔道W及良好的抗压强度，能够作为过滤、分离、吸附剂载体、催化剂载体、微波吸收剂载 体、人工骨骼、保温等材料而应用。
[0008] 本发明实现上述目的所采用的技术方案是；一种多孔氧化铅陶瓷材料，W a相氧 化铅为基体，基体中分布着多个孔隙，其特征是，所述的孔隙呈H维连通的开孔结构，所述 的孔径呈双模分布，即所述的孔隙根据其孔径分为两种，一种是孔径为50nm~250nm的小 孔，另一种是孔径大于500nm的大孔。
[0009] 作为优选，所述的小孔的孔径为60nm~200nm。
[0010] 作为优选，所述的大孔的孔径为500nm~lOOOum。
[OOU] 作为优选，所述的多孔氧化铅陶瓷材料中，小孔体积占5%~70%，进一步优选为 !0〇/〇~60% ;大孔体积占5%~80%，进一步优选为10%~60〇/〇。
[0012] 上述多孔氧化铅陶瓷材料能够应用于过滤分离、吸附剂载体、催化剂载体、微波吸 收剂载体、耐火保温、人工骨骼等多种领域。
[0013] 本发明还提供了一种制备上述多孔氧化铅陶瓷材料的简单易行的方法，该方法 W粒径为10皿~200皿的非晶氧化铅粉末、过渡相氧化铅粉末(包括y-Al2〇3、5-AI2O3、 0 -AI2化等)，或者刚玉相氧化铅粉末为原料粉末，在其中添加粒径大于500nm的造孔剂粉 末，混合均匀后得到的混合粉末首先经成型、lOOOCW上烧结处理，得到包含造孔剂的a 相氧化铅，然后机械加工为所需形状后进行脱造孔剂处理，即得到多孔氧化铅陶瓷材料，其 孔隙呈H维连通的开孔结构、并且孔径呈双模分布。
[0014] 作为优选，所述的原料氧化铅粉末为非晶相氧化铅粉末或者过渡相氧化铅粉末。
[0015] 作为优选，所述的原料氧化铅粉末的粒径优选为lOnm~150nm。
[0016] 所述造孔剂是不与氧化铅反应的物质，其烙点高于所述烧结温度，并且该造孔剂 能够通过后续的脱造孔剂处理而从原料中脱除。该造孔剂可W采用碳粉(包括石墨、活性 碳、炭黑、中间相碳微球等)、金属(包括^、^、^、化等^金属氧化物^列如氧化巧^团碱化 合物(例如氯化轴等)。
[0017] 所述造孔剂粉末的形状不限，包括球状、颗粒状、片状W及其他不规则形状等。
[0018] 所述造孔剂粉末的粒径根据实际需要而定，即根据实际应用中对大孔孔径的要求 而选择造孔剂粉末的粒径。实际应用中大孔孔径一般为500nm~lOOOum，进一步优选为 500nm ~500um。
[0019] 所述造孔剂粉末的添加量根据实际需要而定，即根据实际应用中对大孔所占的体 积百分数的要求而选择造孔剂粉末的添加量。
[0020] 所述基体粉末与造孔剂粉末的混合方法不限，包括球磨、气流磨等。球磨法包括干 磨或湿磨。湿磨介质包括水、己醇或其二者的混合物等，优选为水与己醇的混合物。
[0021] 所述混合粉末的成型、烧结处理可W采用W下两种方法实现：
[0022] ( 1)首先经过成型工艺处理，然后经过烧结工艺处理
[0023] 所述的成型工艺是指按照所需陶瓷样品的尺寸成型，包括干压成型、注浆成型、注 射成型、凝胶注模成型等。所述的烧结工艺是指将成型体置于惰性气氛马弗炉、管式炉、 碳管炉、气压炉、隧道塞、微波炉等烧结设备中进行烧结。其中，烧结温度一般为l〇〇(TC~ 160(TC，进一步优选为llOOC~140(TC ;烧结后的保温时间一般为0. 1~lOh，进一步优选 为0. 1~化。
[0024] (2)直接采用热压烧结工艺，即将成型与烧结处理集成在一起
[0025] 所述的热压烧结是指根据所需陶瓷样品的尺寸选择合适的热压模具，然后将盛装 所述混合粉末的热压模具置于高真空热压炉、放电等离子体烧结炉等设备中进行热压烧 结。其中，烧结温度一般为100(TC~1300。进一步优选为loocrc~125CTC ;烧结压力一 般为10~lOOMpa，进一步优选为25~60Mpa ;烧结后的保温时间一般为0. 1~lOh，进一 步优选为0. 1~化。当采用放电等离子体烧结时，保温时间一般选择为0~30min，进一步 优选为0~lOmin。
[0026] 所述脱造孔剂处理的方法不限，根据实际采用的造孔剂种类而定。例如，当采用 碳材料作为造孔剂时，脱造孔剂的方法选择在空气中热处理，热处理温度一般为700~ 90(TC，保温时间一般为30min~化；当采用金属、氧化物作为造孔剂时，则采用在相应的腐 蚀酸中浸泡的方法除去金属颗粒；当采用氯化轴等碱团化合物作为造孔剂时，则采用水浸 泡的方法去除该造孔剂。
[0027] 上述多孔氧化铅陶瓷材料的制备方法具有如下优点：
[0028] (1)简单易行，成本低廉，制得的多孔氧化铅陶瓷材料具有独特的结构
[0029] 目前工业界中采用的具有H维连通孔结构的多孔陶瓷生产工艺中，生产时间多耗 费于连通孔的制备上。而本方法无需特意制备H维连通孔，仅仅通过非晶或过渡相氧化铅 粉体的选用，通过烧结即可得到具有H维连通孔道的a相多孔氧化铅陶瓷，然后通过粒径 较大的造孔剂的添加，能够制得具有独特结构