CN109734473B

CN109734473B - 一种多孔陶瓷及其制备方法

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Publication number: CN109734473B
Application number: CN201910180855.XA
Authority: CN
Inventors: 郑兴华; 王家霖
Original assignee: Fuzhou University
Current assignee: Fuzhou University
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109734473A

Abstract

本发明涉及一种多孔陶瓷及其制备方法，先将陶瓷粉体和无机盐进行混合后成型，然后进行不同温度煅烧，所得样品进行水洗方式除去无机盐，样品烘干即得到多孔陶瓷。利用该方法制备的多孔陶瓷具有高气孔率、高强度、气孔分布均匀、尺寸可控等特点，同时该制备方法具有能耗低、无污染、无机盐可以回收再利用，该方法适合规模化生产。

Description

一种多孔陶瓷及其制备方法

技术领域

本发明属于陶瓷材料制作技术领域，特别涉及一种多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷又称为气孔功能陶瓷，是一种经高温烧成后体内具有大量彼此相通或闭合气孔的陶瓷材料，它具有孔隙率高、体积密度小、比表面积大、耐高温、耐腐蚀、良好隔热性、高化学稳定性、高尺寸稳定性和对液体、气体介质有选择的透过性、能量吸收或阻尼等特性，是一种性能优异、前景广阔的新型材料。它可作为高温耐火、吸音降噪、过滤隐身、敏感材料和催化剂载体，广泛应用于机械、石油、化工、医药、环保和生物等行业。

根据使用目的和对材料性能的要求不同，人们已经成功地开发出挤压成形法、颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法、固态烧结法、溶胶-胶法、发泡法、冷冻干燥法和添加造孔剂法等多种制造多孔陶瓷的方法。其中添加造孔剂法因操作简单，制品具较高的气孔率和强度，得到广泛的应用。在添加造孔剂法中，大多数专利是以木炭、淀粉等可燃性物质为造孔剂，如专利CN 106904993 A报道了以淀粉和煤粉为造孔剂制备硅藻土质多孔陶瓷的制备方法，但若烧结不充分易产生有毒有害气体。专利CN 108276020 A报道了一种以蜂蜜为造孔剂制备的多孔陶瓷及其制备方法，但制备出来的多孔陶瓷气孔率较低，最高仅为50.06%。专利JP59,156,952采用热盐酸酸洗的方法将经1150℃的烧结Y₂O₃稳定的ZrO₂陶瓷中Y₂O₃去除，获得多孔的ZrO₂陶瓷，但成本太高而且不利于环保，不适用于工业生产。此外，采用高分子以及炭黑造孔剂，在烧结过程中存在以下问题：1）燃烧不充分的情况下容易产生CO等有毒有害气体，造成环境污染和人员安全问题；2）若烧结温度过高或者升温速率过快时，容易造成样品塌陷；3）样品的尺寸变化难以控制，强度相对较低。综上所述，现有采用造孔剂来制备多孔陶瓷难以满足相应应用的要求，而且不利于节能减排的发展趋势。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是在于提供一种多孔陶瓷及其制备方法，由于加入无机盐，一方面烧结过程中可以促进物质的传输，促进烧结，从而有利于多孔陶瓷的强度提高；另一方面水溶性无机盐后续容易去除，不但不影响多孔陶瓷本征性质，而且有利于气孔率、气孔特性的调控。因此，该方法制备的多孔陶瓷具有高气孔率、高强度、气孔分布均匀、尺寸可控等优点；同时该制备方法具有能耗低、无污染、无机盐可以回收再利用，该方法适合规模化生产。

为实现上述技术方案，本发明的技术方案为：

一种多孔陶瓷的制备方法，步骤如下：

先按照化学计量比合成CaCu₃Ti₄O₁₂（CCTO）单相微米陶瓷粉体；然后将CCTO陶瓷粉体和水溶性无机盐混合后造粒，然后压制成陶瓷坯体；再在600-1000℃烧结，最后水洗去除无机盐即获得多孔陶瓷。

上述无机盐为NaCl、KCl、Na₂SO₄、K₂SO₄、CaCl₂等水溶性盐中的一种或多种混合盐。

上述陶瓷坯体中无机盐的质量百分比为5-40%。

上述步骤中烧结时间为0.5~3h。

上述步骤中水洗液体为去离子水。

上述多孔陶瓷的气孔率为20.0%~60.4%，密度为2.00~4.10 g/cm³，强度为4.53~24.12MPa，径向收缩率为0.0%~10.0%；当频率为1kHz时，介电常数为18.2~325.1、介电损耗为0.06~0.54。

采用上述的技术方案，本发明相较于现有技术所具有的优点为:(1)本发明的CCTO多孔陶瓷以水溶性无机盐为造孔剂，可以水洗去除，而且水洗后无机盐结晶后可重复利用，大大降低了原料成本。（2）本发明的CCTO多孔陶瓷以无机盐为造孔剂，一方面降低了淀粉等造孔剂高温烧结时产生的团聚和塌陷现象，另一方面具有促进离子传输，有利于提高多孔陶瓷的强度，还可以对CCTO陶瓷晶界进行腐蚀改性，调控其力学性能和物理性能。（3）本发明的CCTO多孔陶瓷可以降低了多孔陶瓷的烧结温度，而且不存在高分子等造孔剂烧结大量气体的排放问题，符合国家节能减排的发展趋势。(4) 本发明制备的多孔陶瓷具有尺寸可控、气孔分布均匀且容易调控特点。 (5) 本发明多孔陶瓷制备方法简单方面，成本低廉，易与现有技术结合,实现工业化生产。

附图说明

图1为实施例1制备的多孔陶瓷的SEM；

图2为实施例1制备的多孔陶瓷的XRD。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但本发明不限于此。

实施例1

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与NaCl混合，然后造粒，其中NaCl的比例为10%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

（2）将上述制得的CCTO多孔陶瓷坯体置于高温炉中烧结，烧结温度为850℃，保温时间为2h；

（3）烧结后陶瓷用去离子水水洗，并用AgNO₃溶液检验水洗液，到检验无沉淀为止，而后烘干即制得CCTO多孔陶瓷。

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为53.2%，密度为2.36 g/cm³，强度为8.32MPa，径向收缩率为0.0%；当频率为1kHz时，介电常数为18.2、介电损耗为0.10。

实施例2

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（2）将上述制得的CCTO多孔陶瓷坯体置于高温炉中烧结，烧结温度为900℃，保温时间为2h；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为49.6%，密度为2.54 g/cm³，强度为10.12MPa，径向收缩率为0.0%；当频率为1kHz时，介电常数为37.8，介电损耗为0.10。

实施例3

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（2）将上述制得的CCTO多孔陶瓷坯体置于高温炉中烧结，烧结温度为950℃，保温时间为2h；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为41.3%，密度为2.96 g/cm³，强度为14.23MPa，径向收缩率为3.74%，；当频率为1kHz时，介电常数为94.5，介电损耗为0.16。

实施例4

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（2）将上述制得的CCTO多孔陶瓷坯体置于高温炉中烧结，烧结温度为1000℃，保温时间为2h；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为20.0%，密度为4.10 g/cm³，强度为24.12MPa，径向收缩率为13.85%，；当频率为1kHz时，介电常数为325.1、介电损耗为0.54。

实施例5

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与NaCl混合，然后造粒，其中NaCl的比例为20%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为50.3%，密度为2.51 g/cm³，强度为7.06MPa，径向收缩率为1.92%，当频率为1kHz时，介电常数为57.9，介电损耗为0.26。

实施例6

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与NaCl混合，然后造粒，其中NaCl的比例为40%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为60.4%，密度为2.00 g/cm³，强度为3.52MPa3，径向收缩率为1.62%；当频率为1kHz时，介电常数为36.4，介电损耗为0.27。

实施例7

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与KCl混合，然后造粒，其中KCl的比例为10%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为34.7%，密度为3.30 g/cm³，强度为15.21MPa，径向收缩率为9.40%；当频率为1kHz时，介电常数为143.8、介电损耗为0.25。

实施例8

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与NaCl和KCl混合，然后造粒，其中NaCl和KCl的比例均为20%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为55.7%，密度为2.34 g/cm³，强度为4.53MPa，径向收缩率为6.30%；当频率为1kHz时，介电常数为为224.4、介电损耗为0.124。

实施例9

一种多孔陶瓷的制备方法，其包括的步骤如下：

（1）将合成的CCTO单相陶瓷粉体与Na₂SO₄混合，然后造粒，其中Na₂SO₄的比例为40%，然后在200MPa的压力下压制成CCTO多孔陶瓷坯体；

对本实施例所制得的多孔介电材料进行性能测试，所测结果为：气孔率为56.8%，密度为2.18g/cm³，强度为4.76MPa，径向收缩率为2.90%；当频率为1kHz时，介电常数为为188.1、介电损耗为0.06。

以上所述仅为本发明的举例说明，对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：先将CaCu₃Ti₄O₁₂单相微米陶瓷粉体和水溶性无机盐混合后造粒，然后压制成陶瓷坯体；再在高温下烧结，最后水洗去除无机盐即获得多孔陶瓷；所述多孔陶瓷的气孔率为20.0%~60.4%，密度为2.00~4.10 g/cm³，强度为4.53~24.12MPa，径向收缩率为0.0%~10.0%；频率为1kHz时，介电常数为18.2~325.1、介电损耗为0.06~0.54；

所述陶瓷坯体中无机盐的质量百分比为5-40%；烧结温度为600-1000℃，烧结时间为0.5-3h。

2.根据权利要求1所述多孔陶瓷的制备方法，其特征在于：所述无机盐为NaCl、KCl、Na₂SO₄、K₂SO₄和CaCl₂中的一种或多种。

3.一种如权利要求1-2任意一项所述的制备方法制得的多孔陶瓷，其特征在于：所述多孔陶瓷的气孔率为20.0%~60.4%，密度为2.00~4.10 g/cm³，强度为4.53~24.12MPa，径向收缩率为0.0%~10.0%；频率为1kHz时，介电常数为18.2~325.1、介电损耗为0.06~0.54。