專利名稱：大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，屬于多孔陶瓷制備工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大孔徑(100～2000μm)陶瓷元件的制備包括骨料選擇、高溫結(jié)合劑、高溫結(jié)合劑漿料的制備、成型和燒成。大孔徑多孔陶瓷的制備需要采用粒徑較大的骨料，由于骨料較粗，采用注漿、臘灌注、壓制等成型方法時，漿料容易沉淀、坯體強(qiáng)度過低，給成型帶來困難。采用干法成型，骨料和高溫粘結(jié)劑混合不均勻，容易造成制品內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)中孔徑及孔徑分布不均勻，影響制品的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能克服上述缺陷、操作方便，生產(chǎn)周期短，勞動工作量小，生產(chǎn)效率高，生坯強(qiáng)度高，生產(chǎn)成品率高，且質(zhì)量優(yōu)良的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法。
其技術(shù)方案為包括高溫結(jié)合劑混合漿料的制備、陶瓷元件的成型和燒成，其特征在于首先采用凝膠注模技術(shù)制備高溫結(jié)合劑漿料，其原料的重量配比為高溫結(jié)合劑含量0～50wt％，有機(jī)溶液10～100wt％，增孔劑0～20wt％，分散劑0～15wt％，PH值調(diào)整劑0～5wt％，然后選擇粒度為300μm～10mm的骨料與上述高溫結(jié)合劑漿料以60～90wt％∶10～40wt％的比例研磨混合制備成均勻的多孔陶瓷漿料，再外加0.1～3wt％的引發(fā)劑混合均勻，注入模具中，在溫度為50～90°的范圍內(nèi)漿料凝固成型，脫模干燥，干燥后的坯體在1000～1650℃的溫度范圍內(nèi)燒制成大孔徑多孔陶瓷元件。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，骨料為包括白剛玉和棕剛玉的剛玉砂、碳化硅、鋁礬土及陶瓷顆粒的一種或多種。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，高溫結(jié)合劑中各組成重量百分比為生滑石0～50wt％，塑縣土0～50wt％，生鐘乳石10～30wt％，長石0～40wt％，碳酸鋇0～20wt％。為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，有機(jī)溶液中各組成重量百分比為有機(jī)物1～90wt％，水10～99wt％，形成均勻溶液，再將其PH值調(diào)整到9～10，其中有機(jī)物為丙烯酰胺和N，N-亞甲基丙烯酰胺按百分比為1∶1～99的比例混合。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，增孔劑中各組成重量百分比為木炭粉50～60wt％，纖維素10～30wt％，淀粉20～30wt％。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為1～99wt％；PH值調(diào)整劑采用40～60wt％氨水；引發(fā)劑采用濃度為1～5wt％的過硫酸銨溶液。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，模具采用非吸水性模具，如金屬模具、玻璃模具、塑料模具及在吸水性模具材料表面涂覆防水層組合式模具。
為實現(xiàn)上述目的，所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，各種配料的優(yōu)選組成如下各種配料重量的優(yōu)選組成如下高溫結(jié)合劑漿料高溫結(jié)合劑4.9～48wt％，有機(jī)溶液30～90wt％，增孔劑5～20wt％，分散劑1～10wt％，PH值調(diào)整劑0.1～2wt％；其中高溫結(jié)合劑中各組成優(yōu)選重量百分比為生滑石10～30wt％，塑縣土20～45wt％，生鐘乳石10～15wt％，長石25～30wt％，碳酸鋇5～10wt％；有機(jī)溶液中各組成優(yōu)選重量百分比為先N，N-亞甲基丙烯酰胺1％與丙烯酰胺1～99％混合組成有機(jī)物，有機(jī)物以1∶1～99的比例溶入蒸餾水中，形成均勻溶液；增孔劑中各組成優(yōu)選重量百分比為木炭粉50～60wt％，纖維素10～30wt％，淀粉20～30wt％；分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為40～60wt％；PH值調(diào)整劑采用40～60wt％氨水；引發(fā)劑采用濃度為1～5wt％的過硫酸銨溶液；粒度為100μm～10mm的骨料65～85wt％與高溫結(jié)合劑漿料15～35wt％研磨混合制備成均勻的多孔陶瓷漿料。
其制作過程為先將高溫結(jié)合劑、有機(jī)溶液、增孔劑、分散劑、PH值調(diào)整劑球磨混合制成高溫結(jié)合劑漿料，然后加入骨料，使骨料與高溫結(jié)合劑充分混合潤濕，制備成均勻的多孔陶瓷漿料，再外加引發(fā)劑混合均勻后，注入模具中，在溫度為50～90°的范圍內(nèi)漿料凝固成型，脫模干燥，干燥后的坯體在1000～1650℃的溫度范圍內(nèi)燒制成大孔徑多孔陶瓷元件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用注凝成型技術(shù)，可實用于制備如氧化鋁、碳化硅、莫來石、石英、鋁礬土及陶瓷顆粒等材質(zhì)的大孔徑(100μm～2000mm)多孔陶瓷元件，特點是簡化、方便了大孔徑(100μm～2000mm)多孔陶瓷元件的制備，操作方便，生產(chǎn)周期短，勞動工作量小，生產(chǎn)效率高，生坯強(qiáng)度高，生產(chǎn)成品率高，產(chǎn)品性能優(yōu)越，特別適宜工業(yè)化大生產(chǎn)。制出的產(chǎn)品強(qiáng)度高，抗熱振性能好，通氣性及孔結(jié)構(gòu)優(yōu)良，適用于高溫布?xì)膺^濾、液體過濾及高溫?zé)煔膺^濾等。
具體實施例方式
實施例1以粒度為2mm的氧化鋁骨料為例，配料組成及工藝如下配料高溫結(jié)合劑中各組成重量百分比生滑石25wt％，塑縣土35wt％，生鐘乳石12wt％，長石20wt％，碳酸鋇8wt％。
增孔劑中各組成重量百分比木炭粉60wt％，纖維素20wt％，淀粉20wt％；分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為50wt％；PH值調(diào)整劑采用40wt％氨水；有機(jī)溶液中各組成重量百分比N，N-亞甲基丙烯酰胺與丙烯酰胺按1∶1～99的比例混合，并以1∶15的比例溶入蒸餾水中，形成均勻溶液；高溫結(jié)合劑漿料高溫結(jié)合劑30wt％，有機(jī)溶液50wt％，增孔劑10wt％，分散劑9wt％，PH值調(diào)整劑1wt％；多孔陶瓷漿料氧化鋁骨料60wt％、高溫結(jié)合劑漿料40wt％；引發(fā)劑采用濃度為5wt％的過硫酸銨溶液。
制備高溫結(jié)合劑漿料的制備是將上述高溫結(jié)合劑、有機(jī)溶液、增孔劑、分散劑以及PH值調(diào)整劑按照高溫結(jié)合劑漿料要求的比例配料，然后加入球石球磨，時間為30小時。
成型時將骨料與高溫結(jié)合劑漿料按上述多孔陶瓷漿料的比例混合均勻后，然后外加1wt％的引發(fā)劑后充分?jǐn)嚢栊纬删鶆驖{料，注入模具中在溫度為90℃的條件下，加熱固化1小時，然后脫模，最后將烘干后的坯體在1300℃的溫度范圍內(nèi)燒成，制成本發(fā)明的大孔徑多孔陶瓷元件。
實驗所用的配料原料的純度均為工業(yè)純。
經(jīng)檢驗，制得的產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為平均強(qiáng)度20Mpa.，平均氣孔率43％，孔徑分別為300μm。
實施例2以粒度為10mm的鋁礬土骨料為例，配料組成及工藝如下配料高溫結(jié)合劑中各組成重量百分比生滑石25wt％，塑縣土35wt％，生鐘乳石12wt％，長石20wt％，碳酸鋇8wt％。
增孔劑中各組成重量百分比木炭粉60wt％，纖維素20wt％，淀粉20wt％；分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為50wt％；PH值調(diào)整劑采用40wt％氨水；有機(jī)溶液N，N-亞甲基丙烯酰胺∶丙烯酰胺＝1∶1～99的比例混合，并以1∶15的比例溶入蒸餾水中，形成均勻溶液；高溫結(jié)合劑漿料高溫結(jié)合劑20wt％，有機(jī)溶液60wt％，增孔劑10wt％，分散劑9wt％，PH值調(diào)整劑1wt％；多孔陶瓷漿料骨料70wt％、高溫結(jié)合劑漿料30wt％；引發(fā)劑采用濃度為5wt％的過硫酸銨溶液。
制備高溫結(jié)合劑漿料的制備是將上述高溫結(jié)合劑、有機(jī)溶液、增孔劑、分散劑以及PH值調(diào)整劑按照高溫結(jié)合劑漿料要求的比例配料，然后加入球石球磨，時間為30小時。
成型時將骨料與高溫結(jié)合劑漿料按上述多孔陶瓷配方的比例混合均勻后，然后外加2wt％的引發(fā)劑后充分?jǐn)嚢栊纬删鶆驖{料，注入模具中在溫度為90℃的條件下，加熱固化1小時，然后脫模，最后將烘干后的坯體在1300℃的溫度范圍內(nèi)燒成，制成本發(fā)明的大孔徑多孔陶瓷元件。
實驗所用的配料原料的純度均為工業(yè)純。
經(jīng)檢驗，制得的產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為平均強(qiáng)度20Mpa.，平均氣孔率39％，孔徑分別為2000μm。
實例3以粒度為300μm的炭化硅骨料為例，配料組成及工藝如下配料高溫結(jié)合劑中各組成重量百分比生滑石25wt％，塑縣土35wt％，生鐘乳石12wt％，長石20wt％，碳酸鋇8wt％。
增孔劑中各組成重量百分比木炭粉60wt％，纖維素20wt％，淀粉20wt％；分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為50wt％；PH值調(diào)整劑采用40wt％氨水；有機(jī)溶液N，N-亞甲基丙烯酰胺∶丙烯酰胺＝1∶1～99的比例混合，并以1∶20的比例溶入蒸餾水中，形成均勻溶液；高溫結(jié)合劑漿料高溫結(jié)合劑20wt％，有機(jī)溶液60wt％，增孔劑10wt％，分散劑9wt％，PH值調(diào)整劑1wt％；多孔陶瓷漿料骨料70wt％、高溫結(jié)合劑漿料30wt％；引發(fā)劑采用濃度為5wt％的過硫酸銨溶液。
制備高溫結(jié)合劑漿料的制備是將上述高溫結(jié)合劑、有機(jī)溶液、增孔劑、分散劑以及PH值調(diào)整劑按照高溫結(jié)合劑漿料要求的比例配料，然后加入球石球磨，時間為30小時。
成型時將骨料與高溫結(jié)合劑漿料按上述多孔陶瓷配方的比例混合均勻后，然后外加1wt％的引發(fā)劑后充分?jǐn)嚢栊纬删鶆驖{料，注入模具中在溫度為90℃的條件下，加熱固化1小時，然后脫模，最后將烘干后的坯體在1200℃的溫度范圍內(nèi)燒成，制成本發(fā)明的大孔徑多孔陶瓷元件。
實驗所用的配料原料的純度均為工業(yè)純。
經(jīng)檢驗，制得的產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)為平均強(qiáng)度16Mpa.，平均氣孔率40％，孔徑分別為100μm。
權(quán)利要求
1.一種大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，包括高溫結(jié)合劑混合漿料的制備、陶瓷元件的成型和燒成，其特征在于首先采用凝膠注模技術(shù)制備高溫結(jié)合劑漿料，其原料的重量配比為高溫結(jié)合劑含量0～50wt％，有機(jī)溶液10～100wt％，增孔劑0～20wt％，分散劑0～15wt％，PH值調(diào)整劑0～5wt％，然后選擇粒度為300μm～10mm的骨料與上述高溫結(jié)合劑漿料以60～90wt％∶10～40wt％的比例研磨混合制備成均勻的多孔陶瓷漿料，再外加0.1～3wt％的引發(fā)劑混合均勻，注入模具中，在溫度為50～90°的范圍內(nèi)漿料凝固成型，脫模干燥，干燥后的坯體在1000～1650℃的溫度范圍內(nèi)燒制成大孔徑多孔陶瓷元件。
2.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于骨料為包括白剛玉和棕剛玉的剛玉砂、碳化硅、鋁礬土及陶瓷顆粒的一種或多種。
3.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于高溫結(jié)合劑中各組成重量百分比為生滑石0～50wt％，塑縣土0～50wt％，生鐘乳石10～30wt％，長石0～40wt％，碳酸鋇0～20wt％。
4.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于有機(jī)溶液中各組成重量百分比為有機(jī)物1～90wt％，水10～99wt％，形成均勻溶液，再將其PH值調(diào)整到9～10。
5.如權(quán)利要求4所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于有機(jī)物中各組成重量百分比為N，N-亞甲基丙烯酰胺1wt％，丙烯酰胺1～99wt％。
6.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于增孔劑中各組成重量百分比為木炭粉50～60wt％，纖維素10～30wt％，淀粉20～30wt％。
7.如權(quán)利要求6所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為1～99wt％，PH值調(diào)整劑采用40～60wt％氨水；引發(fā)劑采用濃度為1～5wt％的過硫酸銨溶液。
8.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于模具采用非吸水性模具。
9.如權(quán)利要求8所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于非吸水性模具為金屬模具、玻璃模具、塑料模具及在吸水性模具材料表面涂覆防水層組合式模具。
10.如權(quán)利要求1所述的大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，其特征在于各種配料重量的優(yōu)選組成如下高溫結(jié)合劑漿料高溫結(jié)合劑4.9～48wt％，有機(jī)溶液30～90wt％，增孔劑5～20wt％，分散劑1～10wt％，PH值調(diào)整劑0.1～2wt％；其中高溫結(jié)合劑中各組成優(yōu)選重量百分比為生滑石10～30wt％，塑縣土45～20wt％，生鐘乳石10～15wt％，長石25～30wt％，碳酸鋇5～10wt％；有機(jī)溶液中各組成優(yōu)選重量百分比為先N，N-亞甲基丙烯酰胺1％與丙烯酰胺1～99％混合組成有機(jī)物，有機(jī)物以1∶1～99的比例溶入蒸餾水中，形成均勻溶液；增孔劑中各組成優(yōu)選重量百分比為木炭粉50～60wt％，纖維素10～30wt％，淀粉20～30wt％；分散劑采用聚丙烯酸銨溶液，濃度為40～60wt％；PH值調(diào)整劑采用40～60wt％氨水；引發(fā)劑采用濃度為1～5wt％的過硫酸銨溶液；粒度為100μm～10mm的骨料65～85wt％與高溫結(jié)合劑漿料15～35wt％研磨混合制備成均勻的多孔陶瓷漿料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大孔徑多孔陶瓷元件的制備方法，包括高溫結(jié)合劑混合漿料的制備、陶瓷元件的成型和燒成，其特征在于首先采用凝膠注模技術(shù)制備高溫結(jié)合劑漿料，其原料的重量配比為高溫結(jié)合劑含量0～50 wt％，有機(jī)溶液10～100 wt％，增孔劑0～20wt％，分散劑0～15wt％，pH值調(diào)整劑0～5wt％，然后選擇粒度為300μm～10mm的骨料與上述高溫結(jié)合劑漿料以60～90wt％∶10～40wt％的比例研磨混合制備成均勻的多孔陶瓷漿料，再外加0.1～3wt％的引發(fā)劑混合均勻，注入模具中，在溫度為50～90°的范圍內(nèi)漿料凝固成型，脫模干燥，干燥后的坯體在1000～1650℃的溫度范圍內(nèi)燒制成大孔徑多孔陶瓷元件。本發(fā)明解決了大孔徑多孔陶瓷制品孔結(jié)構(gòu)中孔徑及孔分布不均勻及大孔徑大尺寸多孔陶瓷成型困難等技術(shù)難題，工藝簡單，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品性能優(yōu)越。
文檔編號C04B35/10GK1629100SQ20031011450
公開日2005年6月22日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月18日
發(fā)明者田貴山, 唐竹興, 任京成, 許珂敬, 董抒華, 魏春城 申請人:山東理工大學(xué)