一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法
【專利摘要】本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法。提出的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法以殼聚糖為有機聚合單體，采用戊二醛作為引發劑結合莫來石晶須原位生長技術來制備莫來石蜂窩陶瓷載體，得到全部由原位生長的晶須構成的莫來石蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟為1）陶瓷漿料的制備,2）漿料的固化成型，3）樣品的烘干和坯體的燒結。本發明可以通過改變陶瓷漿料的固含量來調節孔隙率；整個陶瓷塊體由原位生長的莫來石晶須構成，力學性能好。
【專利說明】
一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法
技術領域
[0001]本發明屬于無機非金屬材料技術領域，具體涉及一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法。
【背景技術】
[0002]凝膠注模工藝是由美國橡樹嶺國家實驗室開發的陶瓷成型工藝，該工藝可以在燒結前對樣品進行任意成型凝膠注模工藝開發的目的是用來制備致密陶瓷，該工藝后來也開始應用于多孔陶瓷的成型。如馬藝娟等(中國專利，公開號CN105481466A)利用凝膠注模工藝制備多孔磷酸鈣生物陶瓷材料;賈留寬等(中國專利，公開號CN105294111A)利用凝膠注模工藝制備高孔隙率的氮化硅多孔陶瓷。凝膠注模工藝是將陶瓷粉料混合聚合物單體配制成陶瓷漿料，然后加入交聯劑，使聚合物單體交聯成三維網絡，將陶瓷粉原位固化，然后再經過排膠和燒結得到致密或是多孔陶瓷。傳統的凝膠注模用的有機單體一般為丙烯酰胺，該有機單體有毒，對環境危害較大。殼聚糖也可以作為凝膠注模成型的有機聚合單體，殼聚糖主鏈上的胺基可以與含羰基的化合物發生縮聚反應，形成交聯網絡結構從而對陶瓷漿料起到固化作用。利用殼聚糖作為有機聚合單體的優點主要是無毒環保，不需要升溫在常溫下既可以快速固化。
【發明內容】
[0003]針對上述技術現狀，本發明的目的是提出一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，本發明利用新型的凝膠注模技術和莫來石晶須的原位生長技術來制備高孔隙率和孔徑分布可控的全晶須結構的莫來石蜂窩陶瓷載體。
[0004]本發明為完成上述目的采用如下技術方案:
一種基于新型凝膠注模工藝制備蜂窩陶瓷載體的方法，所述的制備方法以殼聚糖為有機聚合單體，戊二醛作為引發劑，氧化鋁和二氧化硅作為莫來石前驅體粉末，外加晶須生長助劑，得到全部由莫來石晶須構成的蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟如下:
1)陶瓷漿料的制備:氧化鋁、二氧化硅和晶須生長助劑按照65?78wt%:21?26wt%:1?10wt%的重量比加入到水中，再加入占粉體總質量0.5 wt %的殼聚糖作為有機聚合單體配成固含量為40?70 wt %的陶瓷漿料，并在所述的陶瓷漿料中加入醋酸，使陶瓷漿料的PH值為1.5?5;
2)漿料的固化成型:將步驟I)所制備的陶瓷漿料倒入模具中并加入占陶瓷漿料總質量0.6%的戊二醛作為引發劑，然后在常溫下靜置0.5?5小時固化成型；
3)樣品的烘干:將樣品脫模后在40?80°C烘干5?20小時得到陶瓷坯體；
4)坯體的燒結:將步驟3)烘干得到的陶瓷坯體置于馬弗爐中以I?10°C/min升溫至10000C，保溫O?3小時后，再以I?7°C/min繼續升溫至1200?1600°C保溫I?5小時使坯體燒結，然后隨爐冷卻，得到主晶相為莫來石相的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體。
[0005]所述的晶須生長助劑為氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬中的一種或幾種的混合。
[0006]所述的莫來石蜂窩陶瓷載體具有原位生長的晶須結構。
[0007]所述莫來石蜂窩陶瓷載體的顯氣孔率為50%?83%。
[0008]所述莫來石蜂窩陶瓷載體的抗壓強度為5?80MPa。
[0009]本發明提出的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，采用殼聚糖作為凝膠注模成型的有機聚合單體，殼聚糖主鏈上的胺基可以與含羰基的化合物發生縮聚反應，形成交聯網絡結構從而對陶瓷漿料起到固化作用；利用殼聚糖作為有機聚合單體的優點主要是無毒環保，不需要升溫在常溫下既可以快速固化；另外可以按照模具的形狀自由成型，也不需要復雜的排膠過程，是一種非常有應用前景的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體制備方法;本發明可以通過改變陶瓷漿料的固含量來調節孔隙率；整個陶瓷塊體由原位生長的莫來石晶須構成，力學性能好。
【附圖說明】
[0010]圖1為1500°C保溫2h的莫來石多孔陶瓷的XRD圖譜；橫坐標為二倍衍射角，單位為度，縱坐標為衍射強度的相對值。
[0011]圖2為實施例1中1500°C保溫兩小時燒結得到的全晶須結構莫來石多孔陶瓷的掃描電鏡(SEM)形貌。
[0012]圖3為實施例2中1500°C保溫兩小時燒結得到的全晶須結構莫來石多孔陶瓷的掃描電鏡(SEM)形貌。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和具體實施例對本發明加以說明，但本發明并不局限于實施例。
[0014]實施例1:向200ml水中加入200g陶瓷粉體，其中Al2O3、二氧化硅、氟化鋁和三氧化鉬的質量比為68:26:3:3;并加入占粉體總質量0.5的％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調節PH值為1.5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料總質量0.6wt%的戊二醛作為引發劑于常溫下靜置經0.5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結構莫來石多孔陶瓷微觀結構如附圖2; 1500 °C保溫2h的莫來石蜂窩陶瓷載體的XRD圖譜見圖1。
[0015]實施例2:向200ml水中加入300g陶瓷粉體，其中AI2O3、二氧化娃、氟化招和五氧化二釩的質量比為68:26:3:3;并加入占粉體總質量0.5的％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料;向陶瓷漿料中加入醋酸調節PH值為2，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6wt%的戊二醛作為引發劑于常溫下靜置經I小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結構莫來石多孔陶瓷微觀結構如附圖3，1500°C保溫2h的莫來石蜂窩陶瓷載體的XRD圖譜見圖1。
[0016]實施例3:向200ml水中加入300g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁質量比為73:21:6;并加入占粉體總質量0.5^%的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調節PH值為2，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發劑于常溫下靜置經1.5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h。得到的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為77%，抗壓強度為16MPa。
[0017]實施例4:向128ml水中加入300g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬質量比為65:25:4:3:3;并加入占粉體總質量0.5?丨％的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調節PH值為2.5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發劑于常溫下靜置經3小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為50%，抗壓強度為80MPa。
[0018]實施例5:向300ml水中加入200g陶瓷粉體，其中A1203、二氧化硅、氟化鋁質量比為78:21:1;并加入占粉體總質量0.5^%的殼聚糖，將得到的混合物于常溫下用磁力攪拌器攪拌30min，得到均勻分散的陶瓷漿料；向陶瓷漿料中加入醋酸調節PH值為5，再將陶瓷漿料倒入模具中，并加入占陶瓷漿料0.6^%的戊二醛作為引發劑于常溫下靜置經5小時固化成型后脫模，脫模后的樣品在烘箱中于60°C烘干12小時，再移入馬弗爐中以5°C/min速率升溫至1500°C，保溫2h;得到的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的孔隙率為83%，抗壓強度為5MPa0
【主權項】
1.一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，所述的制備方法以殼聚糖為有機聚合單體，戊二醛作為引發劑，氧化鋁和二氧化硅作為莫來石前驅體粉末，外加晶須生長助劑，得到全部由莫來石晶須構成的蜂窩陶瓷塊體材料，其具體步驟如下: I)陶瓷漿料的制備:氧化鋁、二氧化硅和晶須生長助劑按照65?78wt%: 21?26wt%: I?10wt%的重量比加入到水中，再加入占粉體總質量0.5 wt %的殼聚糖作為有機聚合單體配成固含量為40?70 wt %的陶瓷漿料，并在所述的陶瓷漿料中加入醋酸，使陶瓷漿料的PH值為1.5?5; 漿料的固化成型:將步驟I)所制備的陶瓷漿料倒入模具中并加入占陶瓷漿料總質量0.6%的戊二醛作為引發劑，然后在常溫下靜置0.5?5小時固化成型； 3)樣品的烘干:將樣品脫模后在40?80°C烘干5?20小時得到陶瓷坯體； 4)坯體的燒結:將步驟3)烘干得到的陶瓷坯體置于馬弗爐中下以I?10°C/min升溫至10000C，保溫O?3小時后，再以I?7°C/min繼續升溫至1200?1600°C保溫I?5小時使坯體燒結，然后隨爐冷卻，得到主晶相為莫來石相的全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體。2.如權利要求1所述的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述的晶須生長助劑為氟化鋁、五氧化二釩、三氧化鉬中的一種或幾種的混合。3.如權利要求1所述的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述的莫來石蜂窩陶瓷載體具有原位生長的晶須結構。4.如權利要求1所述的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述莫來石蜂窩陶瓷的顯氣孔率為50%?83%。5.如權利要求1所述的一種制備全晶須結構莫來石蜂窩陶瓷載體的方法，其特征在于:所述莫來石多孔陶瓷的抗壓強度為5?80MPa。
【文檔編號】C04B35/636GK106007763SQ201610359350
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發明人】趙會峰, 呂皓, 董雷, 田瑞平, 王 琦, 張振華, 黃小葉, 符有杰
【申請人】海南中航特玻科技有限公司