CN104311118A - 一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。其技术方案是:以糖与氧化铝细粉为原料,其中,糖︰氧化铝细粉的质量比为1︰(0.4~1.6),外加所述原料0.1~0.5wt%的助烧剂,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至100~200℃,保温1~3h,得到氧化铝细粉和助烧剂分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在120~180℃的恒温条件下发泡和固化8~25h,将固化后的坯体升温至1400~1600℃,保温3~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。本发明工艺简单和环境友好;其制品体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。

Description

一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法
技术领域
    本发明属于泡沫陶瓷技术领域。具体涉及一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。
背景技术
泡沫陶瓷是一种造型上像泡沫状的多孔陶瓷,它是继普通多孔陶瓷、蜂窝多孔陶瓷之后发展起来的第三代多孔陶瓷制品。泡沫陶瓷是一种低容重、高孔隙率、孔道结构呈互相连接的迷宫式三维网状骨架的新型工业陶瓷制品,具有抗腐蚀、良好的隔热性能、耐高温、高渗透率、高比表面积和复杂的孔道结构等特性,这些特性使其在冶金、化工、机械,环保等行业得到广泛的应用,如用作高温气体净化器、柴油机排放的固体过滤器、熔融金属过滤器、物理分离用隔板、处理化工厂废物的催化剂载体和处理汽车尾气的催化剂载体等,亦可用于耐火材料、隔热材料、传感器、热敏电阻和多孔压电陶瓷。
泡沫陶瓷的制备方法有很多,其中应用比较广的有添加造孔剂法、发泡法、有机泡沫浸渍法等。目前,泡沫陶瓷最常用的制备方法为有机泡沫浸渍法,该方法利用有机泡沫体所具有的开孔三维网状骨架的特殊结构,将制备好的料浆均匀地涂覆在有机泡沫网状体上,干燥后烧掉有机泡沫体从而获得一种网眼多孔陶瓷,如“氧化铝质泡沫陶瓷过滤器”(CN200710139289.5)专利技术、“一种环保烟气净化上釉氧化铝泡沫陶瓷过滤器生产工艺”(CN201210583873.0)专利技术和“一种镁铝尖晶石泡沫陶瓷过滤器及其制备方法”(CN201310539992.0)专利技术。这些技术虽具有一定的优点,但亦具有以下缺点:(1)制备基本过程包括制浆、挂浆、干燥和烧结等,这一制备过程工序复杂;(2)孔径的大小和孔隙率主要取决于泡沫先驱体本身,当泡沫先驱体孔径较大时,使得孔的棱或边易碎导致制品强度不高;当泡沫先驱体孔径较小时,料浆可能会堵塞部分小孔影响开孔效果,大多在挂浆过程中可能会出现中间浆料少,周边的浆料多的现象导致孔隙率分布均匀性差;(3)制品易产生细小裂纹甚至发生开裂;(4)在烧结阶段产生有毒气体,污染环境。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷,目的是提供一种工艺简单和环境友好的超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法。用该方法制备的超轻氧化铝泡沫陶瓷体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:以糖与氧化铝细粉为原料,其中,糖︰氧化铝细粉的质量比为1︰(0.4~1.6),外加所述原料0.1~0.5wt%的助烧剂,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至100~200℃,保温1~3h,得到氧化铝细粉和助烧剂分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在120~180℃的恒温条件下发泡和固化8~25h,将固化后的坯体升温至1400~1600℃,保温3~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
所述糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种,糖的纯度大于99.0wt%。
所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉、α-Al2O3细粉、白刚玉细粉、棕刚玉细粉、致密刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种,氧化铝细粉的粒径小于74μm。
所述助烧剂为TiO2微粉、MgO微粉、Cr2O3微粉、MgF2和AlF3微粉中的一种或两种。
由于采用上述技术方案,本发明与现有技术相比具有的优点与积极效果是:
1、本发明以糖作为发泡剂,糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡,所产生的气泡通过氧化铝颗粒吸附在气液界面和分散液粘度的增加被稳定,有利于形成均匀的气孔,最终形成相互连接的蜂窝状显微结构,通孔率高。
2、本发明由于氧化铝颗粒表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用,氧化铝粉体能较均匀地分散在熔融的糖熔液中,所得的氧化铝粉体分散液成分均匀,有利于发泡均匀且烧成时不会由于氧化铝粉体分布不均匀而产生裂纹。
3、本发明工艺简单且整个制备过程中无有害气体排放,利于环境保护。
    4、本发明所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.15~0.60g/cm3;耐压强度达到1.30~4.6Mpa;显气孔率为86~97%。
因此,本发明工艺简单和环境友好;其制品体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述,并非对其保护范围的限制。
为避免重复,先将本具体实施方式涉及的技术参数统一描述如下,实施例中不再赘述:
所述果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖的纯度大于99.0wt%。
所述工业氧化铝细粉、α-Al2O3细粉、白刚玉细粉、棕刚玉细粉、致密刚玉细粉和板状刚玉细粉的粒径小于74μm。
实施例1
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与工业氧化铝细粉为原料,其中,果糖︰工业氧化铝细粉的质量比为1︰(0.4~0.6),外加所述原料0.1~0.3wt%的TiO2微粉,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至100~120℃,保温1~3h,得到工业氧化铝细粉和TiO2微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在120~150℃的恒温条件下发泡和固化8~15h,将固化后的坯体升温至1400~1500℃,保温3~5h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
    本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.15~0.26g/cm3;耐压强度达到1.30~2.0Mpa;显气孔率为93~97%。
实施例2
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以蔗糖与α-Al2O3细粉为原料,其中,蔗糖︰α-Al2O3细粉的质量比为1︰(0.6~0.8),外加所述原料0.1~0.3wt%的MgO微粉,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至180~200℃,保温1~3h,得到α-Al2O3细粉和MgO微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化15~20h,将固化后的坯体升温至1400~1500℃,保温3~5h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.22~0.34g/cm3;耐压强度达到1.55~2.50Mpa;显气孔率为91~94%。
实施例3
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以葡萄糖与白刚玉细粉为原料,其中,葡萄糖︰白刚玉细粉的质量比为1︰(0.8~1.0),外加所述原料0.1~0.3wt%的Cr2O3微粉,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至150~180℃,保温1~3h,得到白刚玉细粉和Cr2O3微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化10~15h,将固化后的坯体升温至1400~1500℃,保温5~7h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.28~0.38g/cm3;耐压强度达到1.95~2.85Mpa;显气孔率为90~92%。
实施例4
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以麦芽糖与棕刚玉细粉为原料,其中,麦芽糖︰棕刚玉细粉的质量比为1︰(1.0~1.2),外加所述原料0.3~0.5wt%的MgF2微粉,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至120~150℃,保温1~3h,得到棕刚玉细粉和MgF2微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化8~15h,将固化后的坯体升温至1400~1500℃,保温7~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.30~0.45g/cm3;耐压强度达到2.15~3.30Mpa;显气孔率为89~92%。
实施例5
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与致密刚玉细粉为原料,其中,果糖︰致密刚玉细粉的质量比为1︰(1.2~1.4),外加所述原料0.1~0.3wt%的AlF3微粉,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至100~120℃,保温1~3h,得到致密刚玉细粉和AlF3微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在120~150℃的恒温条件下发泡和固化8~15h,将固化后的坯体升温至1400~1500℃,保温3~5h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.39~0.48g/cm3;耐压强度达到2.50~3.85Mpa;显气孔率为86~90%。
实施例6
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以葡萄糖与板状刚玉细粉为原料,其中,葡萄糖︰板状刚玉细粉的质量比为1︰(1.4~1.6),外加所述原料0.1~0.3wt%的TiO2微粉和MgO微粉的混合物,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至150~180℃,保温1~3h,得到板状刚玉细粉、TiO2微粉和MgO微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化15~25h,将固化后的坯体升温至1500~1600℃,保温5~7h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.45~0.60g/cm3;耐压强度达到3.25~4.50Mpa;显气孔率为84~89%。
实施例7
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以果糖与α-Al2O3细粉为原料,其中,果糖︰α-Al2O3细粉的质量比为1︰(0.8~1.0),外加所述原料0.3~0.5wt%的MgO微粉和Cr2O3微粉的混合物,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至100~120℃,保温1~3h,得到α-Al2O3细粉、MgO微粉和Cr2O3微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在120~150℃的恒温条件下发泡和固化8~15h,将固化后的坯体升温至1500~1600℃,保温3~5h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.28~0.40cm3;耐压强度达到1.90~2.95Mpa;显气孔率为89~92%。
实施例8:
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以蔗糖与工业氧化铝细粉为原料,其中,蔗糖︰工业氧化铝细粉的质量比为1︰(1.0~1.2),外加所述原料0.3~0.5wt%的Cr2O3微粉和MgF2微粉的混合物,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至180~200℃,保温1~3h,得到工业氧化铝细粉、Cr2O3微粉和MgF2微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化15~25h,将固化后的坯体升温至1500~1600℃,保温5~7h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.30~0.45g/cm3;耐压强度达到2.50~4.10Mpa;显气孔率为89~92%。
实施例9
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以蔗糖与α-Al2O3细粉为原料,其中,蔗糖︰α-Al2O3细粉的质量比为1︰(1.2~1.4),外加所述原料0.1~0.3wt%的MgF2微粉和AlF3微粉的混合物,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至180~200℃,保温1~3h,得到α-Al2O3细粉、MgF2微粉、AlF3微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化15~25h,将固化后的坯体升温至1500~1600℃,保温7~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.41~0.49g/cm3;耐压强度达到3.50~4.60Mpa;显气孔率为85~89%。
实施例10
一种超轻氧化铝泡沫陶瓷及其制备方法。以麦芽糖与白刚玉细粉为原料,其中,麦芽糖︰白刚玉细粉的质量比为1︰(0.6~0.8),外加所述原料0.3 ~0.5wt%的TiO2微粉和AlF3微粉的混合物,混匀,得到混合料。再将所述混合料升温至120~150℃,保温1~3h,得到白刚玉细粉、TiO2微粉和AlF3微粉分散在糖熔液中的分散体系。然后将所述分散体系在150~180℃的恒温条件下发泡和固化8~15h,将固化后的坯体升温至1500~1600℃,保温7~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷:体积密度为0.24~0.36g/cm3;耐压强度达到2.1 0~3.20Mpa;显气孔率为89~91%。
 
本具体实施方式与现有技术相比具有的优点与积极效果是:
1、本具体实施方式以糖作为发泡剂,糖分子的-OH之间缩合产生的水蒸汽进行发泡,所产生的气泡通过氧化铝颗粒吸附在气液界面和分散液粘度的增加被稳定,有利于形成均匀的气孔,最终形成相互连接的蜂窝状显微结构,通孔率高。
2、本具体实施方式由于氧化铝颗粒表面和糖分子-OH间的亲水性相互作用,氧化铝粉体能较均匀地分散在熔融的糖熔液中,所得的氧化铝粉体分散液成分均匀,有利于发泡均匀且烧成时不会由于氧化铝粉体分布不均匀而产生裂纹。
3、本具体实施方式工艺简单且整个制备过程中无有害气体排放,利于环境保护。
    4、本实施例所制得的超轻氧化铝泡沫陶瓷的体积密度为0.15~0.60g/cm3,耐压强度达到1.30~4.6Mpa,显气孔率为86~97%。
因此,本具体实施方式工艺简单和环境友好;其制品体积密度低、通孔率高、强度高和无裂纹。

Claims (5)

1.一种超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于:以糖与氧化铝细粉为原料,其中,糖︰氧化铝细粉的质量比为1︰(0.4~1.6),外加所述原料0.1~0.5wt%的助烧剂,混匀,得到混合料;再将所述混合料升温至100~200℃,保温1~3h,得到氧化铝细粉和助烧剂分散在糖熔液中的分散体系;然后将所述分散体系在120~180℃的恒温条件下发泡和固化8~25h,将固化后的坯体升温至1400~1600℃,保温3~9h,制得超轻氧化铝泡沫陶瓷。
2.根据权利要求1所述的超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于所述糖为果糖、蔗糖、葡萄糖和麦芽糖中的一种,糖的纯度大于99.0wt%。
3.根据权利要求1所述的超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于所述氧化铝细粉为工业氧化铝细粉、α-Al2O3细粉、白刚玉细粉、棕刚玉细粉、致密刚玉细粉和板状刚玉细粉中的一种,氧化铝细粉的粒径小于74μm。
4.根据权利要求1所述的超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法,其特征在于所述助烧剂为TiO2微粉、MgO微粉、Cr2O3微粉、MgF2和AlF3微粉中的一种或两种。
5.一种超轻氧化铝泡沫陶瓷,其特征在于所述超轻氧化铝泡沫陶瓷是根据权利要求1~4项中任意一项所述的超轻氧化铝泡沫陶瓷的制备方法所制备的超轻氧化铝泡沫陶瓷。
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