陶瓷的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属乳白耐热金属氧化物多微孔陶瓷器皿制造领域，尤其涉及一种多孔杨木 微结构的Ti〇2陶瓷。
【背景技术】
[0002] 随着我国森林资源结构转变，具有生长迅速等特点的速生阔叶材树种杨树成为木 材加工的优选树种之一。但杨木木材材质软、尺寸不稳定和皱缩等缺陷，严重限制其应用范 围。杨木枝丫材一般在木材加工中当成生物质燃料、造纸制浆和刨花板的原材料，开拓枝丫 材的新的应用领域和提高枝丫材的利用率一直是木材和材料研究工作者追求的一个目标 之一。
[0003] 二氧化钛（Ti02)是一种高性能的宽带半导体材料，在自然界中共有4种晶相，分 别为：无定型，板钛矿、锐钛矿和金红石相，其中锐钛矿相和金红石相110 2能有效的净化空 气和处理污水中的各种有机及无机污染物，具有光化学性质稳定、催化效率高、耐酸碱腐 蚀、无毒等优点，同时还具有抗菌、自清洁和超亲水等性能，这使得Ti02具有良好的工业应 用前景。
[0004] 本发明以杨木的枝丫材为模板，以sol-gel法浸渍酞酸丁酯Ti(0C4H9)4溶胶，sol 在杨木枝丫材模板上浸渍和凝胶，在高温煅烧成生物形貌多孔的Ti02陶瓷。
【发明内容】
[0005] 本发明采用常压/真空/高压/常压的溶胶-凝胶重复浸渍技术，制备了浸渍效 果明显的杨木枝丫材模板；采用了高温氮气保护煅烧技术，得到了杨木枝丫材的木炭/Ti02 的复合材料；采用了高温空气氛围煅烧技术，得到了多孔杨木微结构的Ti02陶瓷。
[0006] 本发明目的在于制备一种密度较轻的杨木模板的多孔Ti02陶瓷。本发明采用常压 /真空/高压/常压的溶胶-凝胶重复浸渍技术，使之成为多孔模板的浸渍的有效技术。
[0007] -种多孔杨木微结构的Ti02陶瓷，其特征在于：制备方法包括以下步骤：
[0008] (1)试材制备
[0009] 杨树枝丫材气干后，锯切成圆形薄片，将试材加去离子水在电炉上煮沸4-6次，每 次煮沸8-12min，后去掉杨树枝丫材的树皮，所得试材放入烘箱中逐步升温到100-105°C， 恒温干燥l〇h左右，至试材绝干；
[0010] (2)对试材进行苯醇抽提；
[0011] (3)钛酸丁酯溶胶浸渍
[0012] 在室温下配制130ml左右钛酸丁酯Ti(0C4H9)4溶胶，密封于烧杯中，溶胶体积分量 配比为Ti(0C4H9) 4:CH3C00H:CH3CH20H= 34:5-7:24-26，磁力搅拌器搅拌 2h左右，静置 24h 左右，再将步骤（2)所得的试材，沉入所得钛酸丁酯Ti(0C4H9)4溶胶中浸渍5-7天，即得浸 渍溶胶后的试材；
[0013] 利用高压-真空浸渍装置进行再浸渍，将浸渍后试材和溶胶置于高压-真空浸渍 灌中，先真空负压1.OOkPa，再正压2.OOMPa，并分别保持该压强28-32min后，再恢复常压， 在常压下放置3. 5-4. 5h，取出浸渍后的试材；
[0014] (4)模板凝胶过程
[0015] 将步骤（3)所得浸渍后的试材，置于空气中凝胶7_9h后，放入烘箱中，逐步升温至 128-132Γ，恒温干燥1. 8-2. 2h，去除乙醇、冰醋酸、丁醇和水分，得到浸渍凝胶后的模板试 材；
[0016] (5)重复上述步骤（3)溶胶浸渍和步骤⑷凝胶过程2次；
[0017] (6)煅烧木炭/Ti02的复合材料
[0018] 步骤（5)所得浸渍凝胶Ti(0C4H9)4后的杨木模板置于真空管式炉中，在纯度为 99. 999%氮气氛围下煅烧，得到杨树枝丫材木炭/Ti02的复合材料；煅烧时，使用的管式炉 先从0°C升温到150°C，升温速率为5°C/min，再由150°C到目标温度790-8KTC，其升温速 率2°C/min，到目标温度时保温0. 8-1. 2h，再由目标温度降到400°C，降温速率为_2°C/ min，再在管式炉中自然降温至室温；
[0019] (7)重复上述步骤（3)溶胶浸渍和步骤（4)凝胶过程2次；
[0020] (8)煅烧Ti02陶瓷
[0021] 所得浸渍凝胶Ti(0C4H9)4后的杨木枝丫材木炭/Ti02的复合材料，置于真空管式 炉中，在空气氛围下煅烧，煅烧目标温度为1200-1300°C，得到多孔杨木微结构的1102陶 瓷；煅烧时，使用的管式炉从〇°C升温到150°C，升温速率为3°C/min，再由150°C到目标温 度，升温速率2°C/min，到目标温度时保温0. 8-1. 2h，再由目标温度降到400°C，降温速率 为-2°C/min，再在管式炉中自然降温至室温。
[0022] 所述的一种多孔杨木微结构的Ti02陶瓷，其特征在于：杨树枝丫材指的是3年生 欧美杨枝丫材，欧美杨为PopulusXEuramericanacv〇
[0023] 所述的一种多孔杨木微结构的Ti02陶瓷，其特征在于：对试材进行苯醇抽提 的方法为：取出烘干后试材，在150ml左右苯醇溶液中逆流抽提，苯醇体积配比为95% CH3CH20H:C6H6= . 18-2. 2:1，90-95°C恒温水浴，苯醇和试材在索氏抽提器中逆流抽提时间 为23-25h，抽提后所得杨木试材被放入烘箱中，在88-92Γ下干燥3. 8-4. 2h，备用，即可。
[0024] 本发明的多孔杨木微结构Ti02陶瓷，其制备方法，包括以下步骤：
[0025] (1)试材制备
[0026] 3年生欧美杨PopulusXEuramericanacv.枝丫材取自安徽农业大学林场。气干 后，锯切成圆形薄片。将试材加去离子水在电炉上煮沸5次，每次煮沸10min，对3年生杨树 枝丫材去掉树皮，枝丫材去除部分单宁等有机物。试材放入烘箱中逐步升温到103°C，103°C 恒温干燥l〇h，至试材绝干。
[0027] (2)苯醇抽提
[0028] 除去试材中部分脂肪类内含物。取出烘干后试材，在150ml苯醇溶液中抽提，苯 醇体积配比为95%CH3CH20H:C6H6= 2:1。90°C时恒温水浴，苯醇和试材在索氏抽提器中逆 流抽提24h。抽提后，放入烘箱中90°C干燥4h，备用。苯醇抽提是整个实验的重要环节之 一，主要用来去除木材导管和细胞腔中单宁和树脂等脂肪类有机物，决定了钛酸丁酯溶胶 Ti(0C4H9) 4是否能充分浸渍到木材管道中，尤其是枝丫材。
[0029] (3)钛酸丁酯溶胶浸渍
[0030] 在室温下配制130ml钛酸丁酯Ti(0C4H9)4溶胶，密封于烧杯中。溶胶体积分量配 比为Ti(0C4H9)4:CH3C00H:CH3CH20H= 34:6:25,磁力搅拌器搅拌2h，静置24h，待用。枝丫才 模板浸渍处理，将上述抽提干燥后的试材，沉入溶胶中浸渍6天。利用高压-真空浸渍装置 (江西丰城市化工机械有限公司）再浸渍，将浸渍后试材和溶胶置于高压-真空浸渍灌中， 先真空负压1.OOkPa，再正压2.OOMPa，并分别保持该压强30min后，才恢复常压，在常压下 放置4h，取出浸渍后的试材。
[0031] (4)模板凝胶过程
[0032] 将浸渍后的试材，置于空气中凝胶8h后，当溶胶中CH3CH20H和CH3C00H逐步挥发 过程中，剩余的Ti(0C4H9)4可吸收空气中水分，形成凝胶。放入烘箱中，逐步升温至130°C。 逐步升温可避免干燥过程中模板断裂，130°C恒温干燥2h，去除乙醇、冰醋酸、丁醇和水分， 得到凝胶后的模板试材。（5)重复上述步骤（3)溶胶浸渍和步骤（4)凝胶过程2次。
[0033] (6)煅烧木炭/Ti02的复合材料
[0034] 浸渍2次凝胶Ti(0C4H9) 4后的杨木模板，置于真空管式炉中，在纯度为99. 999 %氮 气氛围下煅烧，煅烧目标温度为800°C，得到杨木枝丫材木炭/Ti02的复合材料。管式炉温 度设定程序为〇°C~150°C，升温速率为5°C/min，150°C到目标温度升温速率2°C/min，目 标温度时保温lh。由目标温度到400°C时，降温速率为_2°C/min，再在管式炉中自然降温 至室温。
[0035] (7)重复上述步骤（3)溶胶浸渍和步骤（4)凝胶过程2次。
[0036] (8)煅烧Ti02陶瓷
[0037] 浸渍2次凝胶Ti(0C4H9) 4后的杨木枝丫材木炭/TiO2的复合材料，置于真空管式炉 中，在空气氛围下煅烧，煅烧目标温度为1200°C，得到多孔杨木微结构的Ti02陶瓷。管式炉 温度设定程序为〇°C~150°C，升温速率为3°C/min，150°C到目标温度升温速率2°C/min， 目标温度时保温lh。由目标温度到400°C时，降温速率为_2°C/min，再在管式炉中自然降 温至室温。
[0038] 本发明意义提高了杨木枝丫材的用途，为木材类模板浸渍提供较先进的技术参 考，采用两步溶胶-凝胶浸渍和煅烧的方法制备了生物形貌杨木枝丫材模板多孔的110 2陶 瓷，多孔的Ti02陶瓷的密度较轻。
【附图说明】
[0039] 图1在400 °C煅烧的枝丫材C/Ti02的复合陶瓷材料的扫描电镜图片：（a)横切面 放大100倍；(b)横切面放大1. 00k倍；
[0040] 图2杨木枝丫材模板的C/Ti02复合材料的XRD的衍射图样；
[0041] 图3杨木枝丫材模板煅烧的多孔生物形貌Ti02陶瓷XRD的衍射图样；
[0042] 图4来自枝丫材的形态Ti02陶瓷电镜图片：（a)横切面X100 ; (b)横切 面X1. 00k〇
【具体实施方式】
[0043] 本实施例的多孔杨木微结构Ti02陶瓷，其制备方法，包括以下步骤：
[0044] (1)试材制备
[0045] 3年生欧美杨PopulusXEuramericanacv.枝丫材取自安徽农业大学林场。气干 后，锯切成圆形薄片。将试材加去离子水在电炉上煮沸5次，每次煮沸lOmin，对3年生杨树 枝丫材去掉树皮，枝丫材去除部分单宁等有机物。试材放入烘箱中逐步升温到103°C，103°C 恒温干燥l〇h，至试材绝干。
[0046] (2)苯醇抽提
[0047] 除去试材中部分脂肪类内含物。取出烘干后试材，在150ml苯醇溶液中抽提，苯 醇体积配比为95%CH3CH20H:C6H6= 2:1。90°C时恒温水浴，苯醇和试材在索氏抽提器中逆 流抽提24h。