專利名稱：高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是高溫用陶瓷過濾器技術(shù)領(lǐng)域，是關(guān)于一種高溫過濾用多孔(也稱泡沫)復合陶瓷的制備方法。
背景技術(shù)：
關(guān)于高溫用陶瓷過濾器有一系列專利。經(jīng)查新中國專利說明書CN102351566、泡沫陶瓷過濾器的制備方法是通過先驅(qū)體泡沫、將氧化鋯等混合體涂覆在泡沫上，來制得泡沫陶瓷過濾體坯體，經(jīng)烘干后的泡沫陶瓷過濾器坯體再經(jīng)高溫燒結(jié)，得到泡沫陶瓷過濾器。文獻[ZrO2Al2O3復相泡沫陶瓷過濾器制備工藝研究，鑄造，2007，56 (10)]也是采用有機泡沫浸潰法制備泡沫陶瓷，研究了各種不同工藝因素對泡沫陶瓷性能的影響。對氧化鋯和氧化鋁復合漿料進一步分析表明，氧化鋁的加入量為20%時，漿料具有較小的粘度。較好地 抑制了 t-Zr02 — Hi-ZrO2轉(zhuǎn)變的發(fā)生，使得大量的能發(fā)揮應(yīng)力誘導相變的亞穩(wěn)態(tài)四方相氧化鋯保留了下來，從而提高了燒結(jié)體的力學性能。掃描電鏡分析也表明加入適量的氧化鋁可有效抑制氧化鋯晶粒的長大，并且起到顆粒彌散增強的作用。上述二種文獻都是利用泡沫作為先驅(qū)體，通過機械及物理化學方法將氧化鋁和氧化鋯復合材料進行涂覆或掛漿處理，然后烘干燒結(jié)制得多孔復合陶瓷。上述方法存在的主要問題是(I)是固態(tài)部分的多孔結(jié)構(gòu)的棱或稱為邊粗細不均；(2)是孔隙率分布均勻性差；(3)是孔徑的大小和孔隙率的高低難以有效控制，完全取決于泡沫先驅(qū)體結(jié)構(gòu)本身。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上不足，本發(fā)明的目的在于提供一種高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，是將鋁粉和氧化鋯陶瓷粉及高分子粉末等混合并進行低溫合成，通過后續(xù)氧化燃燒去除高分子材料來形成所需的孔隙率，并利用鋁粉的完全氧化燒結(jié)來滿足粉末混合體系孔洞形成過程中具有一定低溫強度，然后進行持續(xù)高溫燒結(jié)，制備成所需孔隙率的多孔氧化鋁和氧化鋯復合陶瓷的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下方式實現(xiàn)的高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，包括以下步驟1)粉末均勻混合；2)混磨；3)裝入模具；4)低溫成型；5)保溫；6)放入氧化爐；7)氧化處理；8)高溫燒結(jié)；9)切割；其特征在于
1)、粉末均勻混合將氧化鋯、鋁粉和熱固性或改性的熱塑性高分子材料如聚胺脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂聚乙烯/聚丙烯的粉末按比例進行稱量配比(I)、首先將氧化鋯和鋁粉的比例按照10%_90 %和90%-10 %的原子百分比稱量混合；
(2)、再將氧化鋯和鋁粉的混合物與熱固性或改性的熱塑性高分子材料按重量百分比混合氧化鋯+鋁粉為50-20 %、熱固性或改性的熱塑性高分子材料為50-80 %混合，形成混合粉末；
2)、混磨在混合粉末中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球，在V型結(jié)構(gòu)的混料機上以速度為60-120轉(zhuǎn)/分的速度混磨2-4小時后，用小于所用球的尺寸10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩以便取出陶瓷球或鋼球，置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)，備用；
所述的鋁粉、氧化鋯和熱固性或改性的熱塑性高分子材料粉末的粒度在I- 100微米之間。3)、裝入模具取一定量的混合粉末裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和粉末接觸面需要有不粘涂層；
4)、低溫成型將上述模具放入已經(jīng)預熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)預熱成型，進行低溫成型處理；
所述的空氣循環(huán)爐，其預熱成型溫度為180-250 °C，低溫成型時間為8-12分鐘。所述的平板爐，其預熱成型溫度為180-250 °C，低溫成型時間為3_5分鐘。5)、保溫將經(jīng)預熱成型的模具轉(zhuǎn)入另一已預熱至130 °C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間 ^ 2小時，使混合的高分子粉末固化，待模具降溫后，取出固化的材料；
6 )、放入氧化爐取出的固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)；
所述的蜂窩陶瓷板的網(wǎng)格孔徑<3毫米。7)、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600_650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小時，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫燒結(jié)爐內(nèi)；
8)、高溫燒結(jié)將轉(zhuǎn)入高溫燒結(jié)爐內(nèi)的材料再加熱到1650-1800°C，加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，并從爐子中取出，即為制得的多孔或泡沫陶瓷；
9)、切割將上述多孔或泡沫陶瓷按照所需規(guī)格進行切割。本發(fā)明，主要有以下幾方面特點(I)該方法主要利用高分子流變特性來實現(xiàn)低溫成型并利用高分子在后續(xù)氧化處理過程中燃燒去除來產(chǎn)生所需的孔隙率；(2)孔徑的控制可以通過低溫成型的熱機械處理溫度的高低和加熱速度的快慢來有效控制；(3)直接利用微米級鋁粉的氧化來實現(xiàn)復合粉末體系，特別是在氧化過程高分子去除時的多孔結(jié)構(gòu)的低溫強度，該強度隨加熱溫度的不斷提高而提高；(4)形成的氧化鋁和氧化鋯復合體系，材料純度高、力學性能優(yōu)良，可以后續(xù)用于多種工程應(yīng)用，如鑄鋼件和鋼鐵熔煉后澆鑄過程中的過濾等。
具體實施例方式高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的制備方法，包括以下步驟
I、粉末均勻混合將氧化鋯、鋁粉和熱固性或改性的熱塑性高分子材料如聚胺脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂聚乙烯/聚丙烯的粉末按原子百分比和重量百分比進行稱量配比。
(I)、首先取40 % (原子百分比)氧化鋯和60 % (原子百分比)的鋁粉混合；
(2)、再將氧化鋯和鋁粉的總重量與熱固性或改性的熱塑性高分子材料的比例按重量百分比混合氧化鋯+鋁粉為30 % (重量百分比)，熱固性或改性的熱塑性高分子材料為70 % (重量百分比)混合，形成混合粉末。氧化鋯和鋁粉的比例決定所需的孔隙率的比例。2、混磨在混合粉末中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球，在V型結(jié)構(gòu)的混料機上以速度為60-120轉(zhuǎn)/分的速度混磨2-4小時后，用小于所用球的尺寸10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩以便取出陶瓷球或鋼球，置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)，備用。
上述各種粉末材料的粒度要求在100微米以內(nèi)，如鋁粉，氧化鋯粉，高分子粉的粒度需要在100微米以內(nèi)，其中鋁粉粒度最好小于50微米以保證在加熱過程中完全氧化而不發(fā)生后續(xù)加熱過程中的熔化，同樣，鋁粉粒度也不能小于I微米，因為鋁粉粒度小于I微米，增加了鋁粉操作過程中易燃的危險性。高分子的粒度對最后材料的孔徑尺寸有決定作用，所以如果需要孔徑尺寸小，需要選擇高分子的粒度相對要小為原則。3、裝入模具取一定量的混合粉末裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和粉末接觸面需要有不粘涂層。4、低溫成型將上述模具放入已經(jīng)預熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)預熱成型，進行低溫成型處理，成型時間需要根據(jù)沉積粉末的厚度和爐子溫度進行有效控制。在平板爐上成型時，溫度在180-250 °C，需要時間在3-5分鐘；如在空氣循環(huán)爐內(nèi)進行低溫成型時，成型時間需適當延長，需要為8-12分鐘。一旦成型完成后，將其轉(zhuǎn)移到已經(jīng)預熱到130 °C的空氣循環(huán)爐內(nèi)進行固化處理，實現(xiàn)高分子的熱固性穩(wěn)定化處理。5、保溫將經(jīng)預熱成型的模具轉(zhuǎn)入另一已預熱至130 0C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間 ^ 2小時，處理時間大于或等于2小時即可(超過兩小時或更長，對質(zhì)量沒有影響)。使混合的高分子粉末固化，待模具降溫后，取出固化的材料進入下一步的氧化過程。6、放入氧化爐將固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入由空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)；用蜂窩陶瓷板時的網(wǎng)格孔徑<3毫米。7、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600_650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小
時，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫燒結(jié)爐內(nèi)。8、高溫燒結(jié)將轉(zhuǎn)入高溫燒結(jié)爐內(nèi)材料再加熱到1650-1800 °C，加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，并從爐子中取出，即為制得的多孔或泡沫陶瓷。鋁粉的氧化過程，需要根據(jù)鋁粉的粒度及其氧化程度來決定其加熱曲線。由于鋁粉的氧化可以實現(xiàn)高分子燃燒去除過程中復合陶瓷粉體具有一定強度并形成多孔或泡沫結(jié)構(gòu)，而不會坍塌。通常氧化過程的曲線為從室溫到600 °(或650 °C加熱時間為3小時。然后在該溫度下保溫1-2小時后，移至高溫燒結(jié)爐內(nèi)加熱到1650 °C-1800°C。加熱速度可以為2或3小時，并在1650 °C-1800°C適當保溫1-2小時，而后隨爐冷卻至低溫100 0C以下，取出泡沫材料并測試其基本的力學性能。根據(jù)所測試的力學性能決定其可以作為高溫鋼液過濾器能承受的沖擊等以及建議材料在過濾中所放置的位置。9、切割將上述多孔或泡沫陶瓷按照所需規(guī)格進行切割。本發(fā)明利用了復合粉末體系中鋁粉在加熱過程中的氧化，高分子粉末在氧化過程中燃燒，鋁粉在低溫發(fā)泡和后續(xù)完全氧化并實現(xiàn)和氧化鋯燒結(jié)在一起，實現(xiàn)混合體系中高分子去除時由鋁粉氧化過程來保證復合粉末體系的多孔骨架結(jié)構(gòu)形成。在加熱曲線中，保證在室溫至600-650 °C和在該溫度下的保溫時鋁粉顆粒完全氧化轉(zhuǎn)變成氧化鋁，并實現(xiàn)復合粉末體系氧化燒結(jié)過程中具有一定的低溫和中溫強度。鋁粉氧化后氧化鋁和氧化鋯陶瓷粉的復合及高溫燒結(jié)，形成泡沫結(jié)構(gòu)高溫陶瓷，在加熱過程中，鋁粉顆粒在600-650 0C前，既完全氧化轉(zhuǎn)化成氧化鋁，又提供了復合顆粒體系多孔結(jié)構(gòu)的強度，這一多孔或泡沫復合體系隨加熱溫度提高和加熱時間的延長，其多孔結(jié)構(gòu)的連接強度愈來愈高。整個工藝最經(jīng)濟的加熱曲線也稱熱機械處理過程工藝是從室溫到600-650 °C，3小時，在600-650 0C保溫I小時，然后從600-650 0C升溫至1650 °C_1800°C為2小時，在1650 °C-1800°C保溫I小時，而后關(guān)掉電源，隨爐冷卻。但是在600-650 °C保溫和16500C-ISOO0C保溫可以適當延長時間，即可分別增加到2或3小時。 本發(fā)明，有效利用低溫下鋁粉氧化來實現(xiàn)多孔骨架結(jié)構(gòu)形成所需的強度，并隨后續(xù)氧化溫度提高，鋁粉經(jīng)完全氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋁并與氧化鋯燒結(jié)在一起形成氧化鋁和氧化鋯混合成分的高溫多孔陶瓷過濾器。其制造工藝簡單，易于實現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，包括以下步驟1)粉末均勻混合；2)、混磨；3)裝入模具；4)預熱成型；5)保溫固化；6)放入氧化爐；7)氧化處理；8)高溫燒結(jié)；9)切割；其特征在于 1)、粉末均勻混合將氧化鋯、鋁粉和熱固性或改性的熱塑性高分子材料如聚胺脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂聚乙烯/聚丙烯的粉末按原子百分比和重量百分比進行配比； (I)、首先將氧化鋯和鋁粉的比例按照原子百分比10%_90 % 90%-10 %的比例混合； (2)、再將氧化鋯和鋁粉的總重量與熱固性或改性的熱塑性高分子材料的比例按重量百分比混合氧化鋯+鋁粉為50-20 %，熱固性或改性的熱塑性高分子材料為50-80 %混合，形成混合粉末； 2)、混磨在混合粉末中加入20-30粒直徑為10-12毫米的氧化鋁陶瓷球或鋼球，在V型結(jié)構(gòu)的混料機上以速度為60-120轉(zhuǎn)/分的速度混磨2-4小時后，用小于所用球的尺寸10-12毫米的粗網(wǎng)格過篩以便取出陶瓷球或鋼球，置入具有蓋子的塑料容器內(nèi)，備用； 3)、裝入模具取一定量的混合粉末裝入具有耐熱不粘涂層的光滑模具內(nèi)并蓋上壓板或蓋子，壓板或蓋子和粉末接觸面需要有不粘涂層； 4)、低溫成型將上述模具放入已經(jīng)預熱的空氣循環(huán)爐或平板爐內(nèi)預熱成型，進行低溫成型處理； 5)、保溫將經(jīng)預熱成型的模具轉(zhuǎn)入另一已預熱至1300C的爐子內(nèi)保溫，保溫時間彡2小時，使混合的高分子粉末固化，待模具降溫后，取出固化的材料； 6)、放入氧化爐取出的固化材料，放置在較薄的輕質(zhì)氧化鋁或高溫陶瓷板或高溫蜂窩陶瓷板上，用小陶瓷塊支撐并放上多孔高溫陶瓷蓋板，放入由空氣循環(huán)的氧化爐內(nèi)； 7)、氧化處理將氧化爐從室溫加熱至600-650°C，加熱時間為3小時，保溫1_2小時，待冷卻后或直接轉(zhuǎn)入高溫燒結(jié)爐內(nèi)； 8)、高溫燒結(jié)將高溫燒結(jié)爐內(nèi)再加熱到1650-1800°C，加熱速度為2-3小時，保溫1-2小時，然后隨爐冷卻至100°C以下，并從爐子中取出，即為制得的多孔或泡沫陶瓷； 9)、切割將上述多孔或泡沫陶瓷按照所需規(guī)格進行切割。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，其特征在于所述的步驟2)混磨中的鋁粉、氧化鋯和熱固性或改性的熱塑性高分子材料粉末的粒度在I- 100微米之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，其特征在于所述的步驟4)低溫成型中平板爐的溫度為180-250 °(的，成型時間為3-5分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，其特征在于所述的步驟4)低溫成型中的空氣循環(huán)爐的溫度為180-250 °(的，成型時間為8-12分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，其特征在于所述的步驟6)中的蜂窩陶瓷板的網(wǎng)格孔徑< 3毫米。
全文摘要
高溫過濾用氧化鋁和氧化鋯復合多孔陶瓷的的制備方法，包括以下步驟1)粉末均勻混合；2)混磨；3)裝入模具；4)低溫成型；5)保溫；6)放入氧化爐；7)氧化處理；8)高溫燒結(jié)；9)切割。本發(fā)明，有效利用低溫下鋁粉氧化來實現(xiàn)多孔骨架結(jié)構(gòu)形成所需的強度，并隨后續(xù)氧化溫度提高，鋁粉經(jīng)完全氧化轉(zhuǎn)化為氧化鋁并與氧化鋯燒結(jié)在一起形成氧化鋁和氧化鋯混合成分的高溫多孔陶瓷過濾器。其制造工藝簡單，易于實現(xiàn)批量工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C04B35/622GK102795885SQ20121033333
公開日2012年11月28日 申請日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者施忠良, 朱春芳, 施忠偉, 王虎 申請人:江蘇格業(yè)新材料科技有限公司