一种低温热压制备多孔陶瓷的方法技术

本发明专利技术提供一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，本发明专利技术采用微纳米粒径的氧化铝等陶瓷材料进行粒径级配，少量水

【技术实现步骤摘要】
一种低温热压制备多孔陶瓷的方法


[0001]本专利技术属于陶瓷材料领域，尤其涉及一种低温热压制备多孔陶瓷的方法
。

技术介绍

[0002]多孔陶瓷是一种重要的陶瓷材料，由于其优良的物理
、
化学和机械性能，同时又由于其原料来源广泛
、
价格低廉和生产工艺成熟，广泛应用于微电子
、
电气工程
、
航空航天等领域
。
现有多孔陶瓷制备的烧结温度非常高，如
α
‑
Al2O3含量在
99.9
％以上的陶瓷材料，其烧结温度高达
1650℃
‑
1990℃
，并且在制备过程中需要添加大量造孔剂，烧结温度高导致制备成本高
。
[0003]为了降低陶瓷烧结温度，业界提出了一种陶瓷冷烧结技术
。
如
CN116063065A
公开了一种
α
‑
Al2O3陶瓷烧结方法，具体烧结工艺可分为两步
: 1
）通过冷烧结工艺制备相对致密度为～
85
％的
α
‑
Al2O3‑
γ
‑
Al2O3复合陶瓷；2）通过相对较低的退火温度促进复合陶瓷物相转变，进一步提高氧化铝陶瓷致密度
。
该方法省去了复杂造粒工艺和昂贵压机设备，工艺简单
、
成本低廉，最终制成的陶瓷材料密度
、
硬度高，晶粒尺寸小于1μ
m
，由于工艺温度很低，节约了生产成本
。
[0004]但是目前冷烧结技术采用高压方式制备陶瓷材料，制备的陶瓷材料致密度高，并不适合制备含多孔结构的陶瓷，特别是在电子烟雾化芯中，需要陶瓷为特定的多孔材料，具备一定的锁油和导油性能
。
因此，如何采用冷烧结方法制备含多孔结构的陶瓷材料是急需解决的问题
。
[0005]本专利技术提供一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，采用微纳米粒径氧化铝等陶瓷材料进行粒径级配，少量水
、
碱性溶液或酸性溶液作为临时溶剂，混合搅拌均匀后置于模具中，在高压和低温条件下，通过溶解
‑
沉淀过程实现材料固结，得到含多孔结构的陶瓷，避免高温烧结造成的高能耗和污染，通过不同大小的粒径级配，实现在高压低温下也能获得多孔结构陶瓷，具有广阔的应用前景
。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中多孔陶瓷材料制备过程需要高温烧结，并且现有冷烧结技术无法获得多孔陶瓷材料的问题，本专利技术提供一种低温热压制备多孔陶瓷的方法
。
采用微纳米粒径的氧化铝等陶瓷材料进行粒径级配，少量水
、
碱性溶液或酸性溶液作为临时溶剂，混合搅拌均匀后置于模具中，在高压和低温条件下，通过溶解
‑
沉淀过程实现材料固结，得到多孔陶瓷结构，避免了高温烧结造成的高能耗和污染，通过不同大小的粒径级配，实现在高压低温条件下制备多孔结构陶瓷
。
[0007]本专利技术第一方面提供一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、
分别选取直径为
120
‑
160
μ
m、60
‑
90
μ
m
和
20
‑
40
μ
m
的陶瓷颗粒，按照一定的质量比配比成混合陶瓷颗粒；
S2、
向步骤
S1
获得的混合陶瓷颗粒添加混合陶瓷颗粒重量3‑
10%
的溶剂，搅拌均匀，得到混合粉料；
S3、
将混合粉料转移到模具中，在压力为
200
‑
300MPa
，温度为
100
‑
300℃
下热压，保温一段时间，得到多孔陶瓷
。
[0008]本专利技术通过三种不同粒径大小的陶瓷颗粒进行级配，利用不同粒径的陶瓷颗粒级配后留下的空隙形成有效多孔结构，其中大直径陶瓷颗粒为骨架结构，能够提供较高抗压强度
。
[0009]进一步的，上述步骤
S1
中的陶瓷颗粒为氧化铝
、
氧化锆
、
氧化锌
、
磷酸盐
、
钛酸钡
、
碳化硅中的一种或多种，进一步可选氧化铝
、
氧化锆
、
氧化锌和碳化硅
。
[0010]进一步的，上述步骤
S1
中直径为
120
‑
160
μ
m、60
‑
90
μ
m
和
20
‑
40
μ
m
的陶瓷颗粒的重量用量比为
30
‑
40:40
‑
60:10
‑
30。
不同直径大小的颗粒用量对形成多孔结构具有重要影响，大粒径颗粒过多，无法和小粒径陶瓷颗粒形成致密结构，形成孔洞过大，容易破碎；大粒径颗粒过少，无法提供充足的孔洞结构，在高压下无法形成多孔陶瓷；中粒径的陶瓷颗粒用量也是关键，中粒径的陶瓷颗粒相当于支撑结构，为大粒径颗粒提供支撑，形成小孔隙，从而形成具有一定孔隙率的多孔陶瓷
。
[0011]进一步的，所述步骤
S2
中的溶剂为水
、
酸性溶液或碱性溶液中的一种或多种
。
上述溶剂使陶瓷颗粒可以被适量水溶液湿润，固体颗粒尖锐边缘的溶解减少了界面区域，有利于下一阶段原子重排；在适当压力和温度条件下，液相重新分布并且扩散到颗粒间隙中，接下来发生“溶解
‑
沉淀”过程，该过程由固液混合相中平衡状态被破坏而开始，因为粉体被液相法逐渐溶解，加热后溶液处于过饱和状态会进一步产生沉淀，在毛细管压力下，颗粒间接触区域的化学势更大，在此阶段，粒子通过液相扩散并在远离受力接触区域的颗粒位置上沉淀，这一过程中的质量传输最大程度减少了固体表面自由能，而且降低了气孔使材料致密
。
溶剂可以为水
、
硫酸溶液或者氢氧化钠溶液，采用这种溶剂替代粘结剂，制备成本低，并且工艺相对简单
。
[0012]进一步的，所述步骤
S3
中热压温度为
100
‑
300℃
，优选为
150
‑
200℃
，一定的温度可以促进陶瓷颗粒粉末间形成固结体
。
进一步的，所述步骤
S3
中热压保温时间为
30
‑
240min
，适当的时间可以确保粉末颗粒间形成致密晶粒，提高多孔陶瓷强度
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，所述方法包括如下步骤：
S1、
分别选取直径为
120
‑
160
μ
m、60
‑
90
μ
m
和
20
‑
40
μ
m
的陶瓷颗粒，按照一定的质量比配比成混合陶瓷颗粒；
S2、
向步骤
S1
获得的混合陶瓷颗粒添加混合陶瓷颗粒重量3‑
5%
的溶剂，搅拌均匀，得到混合粉料；
S3、
将混合粉料转移到模具中，在压力为
200
‑
300MPa
，温度为
100
‑
300℃
下热压，保温一段时间，得到多孔陶瓷
。2.
根据权利要求1所述的一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤
S1
中的陶瓷颗粒为氧化铝
、
氧化锆
、
氧化锌
、
磷酸盐
、
钛酸钡
、
碳化硅中的一种或多种
。3. 根据权利要求1所述的一种低温热压制备多孔陶瓷的方法，其特征在于，所述步骤
S1
中直径为
120
‑
160
μ
m、60
‑
90
μ
m

【专利技术属性】
技术研发人员：张树强，黄卫军，刘松坡，
申请(专利权)人：武汉利之达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：