一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法。將液態(tài)聚硅氧烷和水在乳化劑的作用下制備乳狀液，并向乳狀液中加入分散劑和氧化鋁粉末混合均勻得到漿料，然后加入聚硅氧烷交聯(lián)劑混合均勻，最后漿料經(jīng)交聯(lián)、固化、干燥、燒結(jié)制備無開裂高強莫來石-氧化鋁多孔陶瓷。干燥過程中水分蒸發(fā)會在坯體中產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，為聚硅氧烷熱解、氧化時產(chǎn)生的氣體排出提供通道，從而避免了陶瓷體的開裂，最后得到無開裂莫來石-氧化鋁多孔陶瓷。本發(fā)明的優(yōu)點在于制備莫來石-氧化鋁多孔陶瓷無開裂、成品率高。
【專利說明】一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，屬于多孔陶瓷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]莫來石-氧化鋁多孔陶瓷具有低熱導率、高化學穩(wěn)定性、較高的常溫和高溫強度和優(yōu)良的抗熱震性等優(yōu)點，在催化劑載體、熱絕緣、熔融金屬過濾、熱交換器、窯具材料等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]莫來石通常通過由兩種或多種原料燒結(jié)反應(yīng)合成，在眾多原料中，氧化鋁與聚硅氧烷得到人們關(guān)注，主要原因是因為聚硅氧烷自身交聯(lián)固化特性能夠?qū)崿F(xiàn)坯體固化成型以及聚硅氧烷溫下能夠氧化轉(zhuǎn)化成活性二氧化硅與氧化鋁反應(yīng)生成莫來石。YW Kim等(Yff Kim et al J.Am.Ceram.Soc.2005, 88 [12]，3311-3315)以氧化鋁、固體聚硅氧烷為原料，采用高分子聚合物微球為造孔劑，以乙醇為球磨介質(zhì)，通過球磨3小時得到漿料，烘干衆(zhòng)料，然后以20Mpa的壓力壓制成25mmX30 mmXIOmm樣品，然后180°C交聯(lián)固化,最后1500-1600°C燒結(jié)得到多孔莫來石陶瓷。上述方法制備的陶瓷氣孔率40~70%，對應(yīng)耐壓強度90~lOMPa。上述工作利用固體聚硅氧烷交聯(lián)固化成型以及高分子聚合物微球在高溫下燒盡揮發(fā)后獲得多孔結(jié)構(gòu)，過程固然過程簡單、氣孔率容易控制，但是由于聚硅氧烷高溫下分解氧化產(chǎn)生大量氣體、以及高分子聚合物微球燒盡揮發(fā)也會長生大量氣體，大量氣體排出坯體極易造成最終陶瓷體開裂、成品率降低，尤其是樣品尺寸較大時，開裂現(xiàn)象更加難以避免。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，采用液態(tài)聚硅氧烷乳狀液與氧化鋁為原料，并利用坯體干燥過程中水分蒸發(fā)會在坯體中留下通道并產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，為聚硅氧烷在高溫下熱解、氧化時產(chǎn)生的氣體排出提供通道，從而避免了陶瓷體的開裂，從而得到無開裂莫來石-氧化鋁多孔陶瓷。具體技術(shù)方案為將聚硅氧烷和水在乳化劑的作用下制備乳狀液，并向乳狀液中加入分散劑和氧化鋁粉末混合均勻得到漿料，然后加入聚硅氧烷交聯(lián)劑混合均勻，最后漿料經(jīng)交聯(lián)、固化、干燥、燒結(jié)制備無開裂高強莫來石-氧化鋁多孔陶瓷。本發(fā)明以水為造孔劑，并利用水分蒸發(fā)在坯體中留下通道，為聚硅氧烷在高溫下熱解、氧化時產(chǎn)生的氣體排出提供通道，防止由于聚硅氧烷分解氧化產(chǎn)生的大量氣體排出坯體而造成的最終陶瓷體開裂，本發(fā)明利用聚硅氧烷交聯(lián)以及水分蒸發(fā)共同作用實現(xiàn)坯體快速固化成型，硅氧烷交聯(lián)體在高溫下氧化轉(zhuǎn)化成活性二氧化硅，并與氧化鋁反應(yīng)生成莫來石。
[0006]其具體的工藝步驟為:
(I)含有氧化鋁粉末的聚硅氧烷乳狀液漿料的制備:
稱取液態(tài)聚硅氧烷、水、乳化劑，并攪拌混合得到乳狀液，向乳狀液中加入氧化鋁粉體、分散劑，攪拌混合均勻得到漿料，然后漿料中加入催化劑，攪拌混合均勻。
[0007]其中，所述的液態(tài)聚硅氧烷是含氫聚硅氧烷與四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷的混合，其質(zhì)量比1:9~9:1 ;
所述的水與氧化鋁的質(zhì)量比為1:4~1:2 ;
所述的氧化鋁與液態(tài)聚硅氧烷的質(zhì)量比為4:1~16:1 ;
所述的乳化劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑，具體為吐溫系列表面活性劑(T80，T60 )、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS )、十二烷基硫酸鈉(SDS )和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)中的一種，用量與液態(tài)聚硅氧烷質(zhì)量比為的1:100~10:100 ；催化劑為甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，其用量與液態(tài)聚硅氧烷質(zhì)量比為
0.1:100 ~3:100 ;
所述的分散劑為六偏磷酸鈉(SHMP)、聚乙二醇基聚合物(FSlO)、聚羧酸脂基聚合物(FS20)、聚丙烯酸鈉(PAAS)中的一種，用量與氧化鋁粉末質(zhì)量比為0.1:100~3:100 ;
(2)乳狀液漿料交聯(lián)、固化、干燥得到多孔坯體
實現(xiàn)硅氧烷交聯(lián)、坯體固化的溫度為30~80°C，處理時間4~IOh ;脫模后干燥溫度為90~130°C，干燥時間2~5h ;
(3)燒結(jié)得到莫來石-氧化鋁多孔陶瓷 按照下述燒成制度燒結(jié)坯體:以0.5~3°C /min的升溫速率先升溫至700~1000°C并保溫0.5~2h，然后以0.5~5°C /min的升溫速率升溫至1450~1650°C并保溫3~7h。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果是采用液態(tài)聚硅氧烷乳狀液與氧化鋁形成漿料，并利用坯體干燥過程中水分蒸發(fā)會在坯體中產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，為聚硅氧烷熱解、氧化時產(chǎn)生的氣體排出提供通道，從而避免了陶瓷體的開裂，最后得到無開裂高強莫來石-氧化鋁多孔陶瓷。本發(fā)明方法制備的莫來石-氧化鋁多孔陶瓷密度2.0~2.7 kg /m3，氣孔率29.9 ~42.8%,耐壓強度 99.2 ~152.1MPa0
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為實施例1所制備多孔陶瓷的XRD圖譜。
[0010]圖2實施例1所制備多孔陶瓷的SEM照片。
【具體實施方式】
[0011 ] 下面結(jié)合具體實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0012]實施例1:按質(zhì)量稱取IOg含氫聚硅氧烷(PHMS)，90g四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷(D4Vi)，加入200g水，Ig吐溫系列表面活性劑T60，攪拌15min，得到乳狀液；然后加入400g氧化鋁粉末，6g聚羧酸脂基聚合物FS20，攪拌20min，得到乳狀液漿料；向漿料中加入0.1g甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，攪拌IOmin ;漿料倒入模具中，置于烘箱，烘箱溫度設(shè)定為30°C，漿料中硅氧烷交聯(lián)、水分蒸發(fā)，IOh后脫模。坯體繼續(xù)在90°C干燥5h，最后得到干燥多孔坯體。坯體燒結(jié)按照以下燒結(jié)制度，以0.5°C /min升溫速率從室溫升致800°C，保溫0.5h ;然后以1°C /min升溫速率從800°C升致1600°C，保溫4h，自然冷卻到室溫，得到無開裂微孔陶瓷。經(jīng)XRD物相分析，多孔陶瓷物相為莫來石和氧化鋁相。其密度為2.0kg/m3，氣孔率為42.8%，耐壓強度為131.5MPa。[0013]實施例2:按質(zhì)量稱取30gPHMS，70g D4Vi,加入250g水，4g吐溫系列表面活性劑T80，攪拌20min，得到乳狀液；然后加入600g氧化鋁粉末，5g聚乙二醇基聚合物FS10，攪拌30min，得到乳狀液漿料；向漿料中加入1.Sg甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，攪拌15min ;漿料倒入模具中，置于烘箱，烘箱溫度設(shè)定為50°C，漿料中硅氧烷交聯(lián)、水分蒸發(fā)，6h后脫模。坯體繼續(xù)在100°C干燥3h，最后得到干燥多孔坯體。坯體燒結(jié)按照以下燒結(jié)制度，以1°C /min升溫速率從室溫升致700°C，保溫2h ;然后以5°C /min升溫速率從700°C升致1650°C，保溫2h，自然冷卻到室溫，得到無開裂微孔陶瓷。經(jīng)XRD物相分析，多孔陶瓷物相為莫來石和氧化鋁相。其密度為2.3 kg /m3，氣孔率為36.8%，耐壓強度為146.8MPa。
[0014]實施例3:按質(zhì)量稱取60gPHMS，40g D4Vi,加入300g水，8g十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)，攪拌18min，得到乳狀液；然后加入1000g氧化鋁粉末，20g六偏磷酸鈉(SHMP)，攪拌25min，得到乳狀液漿料；向漿料中加入2.2g甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，攪拌12min ;漿料倒入模具中，置于烘箱，烘箱溫度設(shè)定為60°C，漿料中硅氧烷交聯(lián)、水分蒸發(fā)，5h后脫模。坯體繼續(xù)在120°C干燥4h，最后得到干燥多孔坯體。坯體燒結(jié)按照以下燒結(jié)制度，以3°C /min升溫速率從室溫升致750°C，保溫Ih ;然后以0.5°C /min升溫速率從750°C升致1450°C，保溫7h，自然冷卻到室溫，得到無開裂微孔陶瓷。經(jīng)XRD物相分析，多孔陶瓷物相為莫來石和氧化鋁相。其密度為2.4 kg /m3，氣孔率為36.3%，耐壓強度為99.2MPa。
[0015]實施例4:按質(zhì)量稱取50gPHMS，50g D4Vi,加入400g水，IOg十二烷基硫酸鈉(SDS)，攪拌20min，得到乳狀液；然后加入1600g氧化鋁粉末，1.6g聚丙烯酸鈉(PAAS)，攪拌20min,得到乳狀液衆(zhòng)料；向衆(zhòng)料中加入Ig甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，攪拌IOmin ；漿料倒入模具中，置于烘箱，烘箱溫度設(shè)定為80°C，漿料中硅氧烷交聯(lián)、水分蒸發(fā)，4h后脫模。坯體繼續(xù)在130°C干燥2h，最后得到干燥多孔坯體。坯體燒結(jié)按照以下燒結(jié)制度，以TC /min升溫速率從室溫升致1000°C，保溫Ih ;然后以TC /min升溫速率從800°C升致1500°C，保溫5h，自然冷卻到室溫，得到無開裂微孔陶瓷。經(jīng)XRD物相分析，多孔陶瓷物相為莫來石和氧化鋁相。其密度為2.7 kg /m3，氣孔率為29.9%，耐壓強度為152.1MPa0
[0016]實施例5:按質(zhì) 量稱取90gPHMS，IOg D4Vi,加入350g水，6g十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，攪拌20min，得到乳狀液；然后加入1300g氧化鋁粉末，IOg聚乙二醇基聚合物FS10，攪拌28min，得到乳狀液漿料；向漿料中加入3g甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，攪拌15min ;漿料倒入模具中，置于烘箱，烘箱溫度設(shè)定為50°C，漿料中硅氧烷交聯(lián)、水分蒸發(fā)，6h后脫模。坯體繼續(xù)在110°C干燥3h，最后得到干燥多孔坯體。坯體燒結(jié)按照以下燒結(jié)制度，以2°C /min升溫速率從室溫升致800°C，保溫1.5h ;然后以3°C /min升溫速率從800°C升致1600°C，保溫4h，自然冷卻到室溫，得到無開裂微孔陶瓷。經(jīng)XRD物相分析，多孔陶瓷物相為莫來石和氧化鋁相。其密度為2.5 kg /m3，氣孔率為34.4%，耐壓強度為143.2MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:將液態(tài)聚硅氧烷和水在乳化劑的作用下制備乳狀液，并向乳狀液中加入分散劑和氧化鋁粉末混合均勻得到漿料，然后加入硅氧烷交聯(lián)劑混合均勻，最后漿料經(jīng)交聯(lián)、固化、干燥、燒結(jié)制備無開裂莫來石-氧化鋁多孔陶瓷；制備的莫來石-氧化鋁多孔陶瓷密度2.0~2.7 kg /m3,氣孔率29.9~.42.8%,耐壓強度 99.2 ~152.1MPa。
2.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的液態(tài)聚硅氧烷是含氫聚硅氧烷與四甲基四乙烯基環(huán)四硅氧烷的混合，其質(zhì)量比1:9~9:1。
3.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的氧化鋁與液態(tài)聚硅氧烷的質(zhì)量比為4:1~16:1。
4.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的水與氧化鋁的質(zhì)量比為1:4~1:2。
5.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的乳化劑為吐溫系列表面活性劑T80，T60、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉和十六烷基三甲基溴化銨中的一種，用量與液態(tài)聚硅氧烷質(zhì)量比為1:100~10:100。
6.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的分散劑為六偏磷酸鈉、聚乙二醇基聚合物FS10、聚羧酸脂基聚合物FS20、聚丙烯酸鈉中的一種，用量與氧化鋁粉末質(zhì)量比為0.1:100~3:100。
7.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于所述的催化劑為甲基乙烯基硅氧烷配位鉬催化劑，其用量與液態(tài)聚硅氧烷質(zhì)量比為0.1:100~.3:100。
8.如按權(quán)利要求1所述的一種莫來石-氧化鋁多孔陶瓷的制備方法，其特征在于實現(xiàn)硅氧烷交聯(lián)、坯體固化的溫度為30~80°C，處理時間4~10h ;脫模后干燥溫度為90~.130°C，干燥時間2~5h ;所述的燒結(jié)是以0.5~3°C /min的升溫速率先升溫至700~.1000°C并保溫0.5~2h，然后以0.5~5°C /min的升溫速率升溫至1450~1650°C并保溫.3 ~7h。
【文檔編號】C04B35/622GK103708814SQ201310704837
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】陳闊, 袁波, 王剛, 韓建燊, 葛會賓, 董賓賓, 張利萍 申請人:中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司