[发明专利]一种环保型轻质多孔莫来石陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以成分为特征的陶瓷组合物，具体涉及一种环保型轻质多孔莫来石陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔轻质材料是高超声速飞行器设计与制造的关键技术之一，它是实现高超声速飞行器高超声速、高机动性、远程打击等性能的基础和保障；高超声速飞行器轻质材料主要有蜂窝材料、泡沫金属材料、点阵材料；这些材料具有超轻、高比强、高比刚度、高强韧、高能量吸收等优良机械性能，以及减震、散热、吸声、电磁屏蔽等特殊性质，它兼具功能和结构双重作用，是一种性能优异的多功能材料。这类材料的应用涉及航空航天、原子能、医学、环保、冶金、机械、建筑、电化学和石油化工等行业，可用于分离、过滤、消音、吸振、包装、屏蔽、隔热、热交换，生物移植、电化学过程等诸多场合，在科学技术研究与国民经济建设中发挥着巨大的作用，并且其作用日益显著。

近年来，多孔材料主要作为结构材料的场合，会处处受到各种形式的载荷作用。甚至在力学性能不是主要应用的时候，如当多孔材料用于隔热、漂浮或过滤，其强度和断裂行为仍然是重要的。粉煤灰漂珠是一种价格低廉，质轻，导热系数低的半真空漂珠，静压强度高，很适合作为制备高强多孔材料使用。一般制备多孔的陶瓷方法均需添加有机发泡剂或造孔剂，部分有机造孔剂在高温下分解释放出有毒气体，不仅对人体有害，还污染环境。因此，无机造孔剂取代有机造孔剂将会更加符合环保的标准。本发明采用漂珠作为第一类造孔剂，成本低，得到的多孔材料力学性能良好；采用CaCO₃与硼酸发泡，释放气体无污染，而且能使氧化物间发生低温共烧结的效果，降低烧结温度，节约资源。

发明内容

本发明的目的是，在低温1200℃左右制备出一种轻质多孔的莫来石陶瓷材料。另外，克服现有技术的多孔陶瓷制备方法中存在部分有机造孔剂在高温下分解释放出有毒气体的缺陷，提供一种以低成本的漂珠作为第一类造孔剂，采用CaCO₃与B₂O₃在有水条件下反应释放CO₂作为第二类造孔剂。其释放气体无污染，且B₂O₃可降低烧结温度、节约资源的环保型轻质多孔莫来石陶瓷。

本发明的技术方案如下：

一种环保型轻质多孔莫来石陶瓷，其原料组分及其质量百分比含量为：50％的漂珠、40～50％的Al₂O₃-SiO₂-CaCO₃，及0～10％的B₂O₃，其中Al₂O₃-SiO₂-CaCO₃三者的质量比为37.5∶9.5∶3，保持不变。

莫来石陶瓷的气孔率为60～81％，密度为0.64～1.15g/cm³，抗弯强度为5～13MPa，导热系数为0.11～0.20W.(mk)^-1。

环保型轻质多孔莫来石陶瓷的制备方法，具有如下步骤：

(1)备料

原料组分及其质量百分比含量为：50％的漂珠、40～50％的Al₂O₃-SiO₂-CaCO₃，及0～10％的B₂O₃，其中Al₂O₃-SiO₂-CaCO₃三者的质量比为37.5∶9.5∶3，保持不变。

(2)处理漂珠

将漂珠放置于沸水中10-20分钟，待空心漂珠浮起，碎片或杂质下沉，分离稳定后，用笊篱捞起浮于水面的空心漂珠，烘干，待用；

(3)制备预混液

以丙烯酰胺为有机单体、双官能团N，N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂和水按20∶2∶100的体积比混合后，放在磁子搅拌器中搅拌直至白色颗粒完全溶解。

(4)制备浆料