[发明专利]用硅藻土制备孔隙性烧结材料的方法及由该方法制得的孔隙性烧结材料

说明书

技术领域

本发明属于烧结材料领域，具体地说，本发明涉及一种制备孔隙性烧结材料的方法以及由该方法制得的孔隙性烧结材料。

背景技术

多孔材料是一种由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的材料，孔洞的边界或表面由支柱或平板构成。典型的孔结构有：一种是由大量多边形孔在平面上聚集形成的二维结构；由于其形状类似于蜂房的六边形结构而被称为“蜂窝”材料；更为普遍的是由大量多面体形状的孔洞在空间聚集形成的三维结构,通常称之为“泡沫”材料。如果构成孔洞的固体只存在于孔洞的边界(即孔洞之间是相通的)，则称为开孔；如果孔洞表面也是实心的，即每个孔洞与周围孔洞完全隔开，则称为闭孔；而有些孔洞则是半开孔半闭孔的。由于多孔材料具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点,其应用范围远远超过单一功能的材料,而在航空、航天、化工、建材、冶金、原子能、石化、机械、医药和环保等诸多领域具有广泛的应用前景。

烧结多孔材料虽然力学性能和耐腐蚀性能等因存在孔隙而不如致密金属，但有些性能如热交换能力、电化学活性、催化作用等却因比表面增大而比致密金属好得多。多孔材料还具有一系列致密金属所没有的功能，如孔隙能透过气、液介质，能吸收能量，或起缓冲作用。烧结多孔材料因用途不同而各具特殊性能，如对过滤材料要求过滤精度、透过性和再生性；对某些多孔材料要求热交换效率、电化学活性、声阻性、电子发射能力等。

表征多孔结构的主要参数是:孔隙度、平均孔径、最大孔径、孔径分布、孔形和比表面。除材质外，材料的多孔结构参数对材料的力学性能和各种使用性能有决定性的影响。烧结多孔材料的孔隙是由粉末颗粒堆积、压紧、烧结形成的；烧结多孔材料的力学性能不仅随孔隙度、孔径的增大而下降，还对孔形非常敏感，即与"缺口"效应有关。孔隙度不变时，孔径小的材料透过性小，但因颗粒间接触点多，故强度大。过滤精度即阻截能力是指透过多孔体的流体中的最大粒子尺寸，一般与最大孔径值有关。孔径分布是多孔结构均匀性的判据。对于过滤材料要求在有足够强度的前提下，尽可能增大透过性与过滤精度的比值。根据这些原理，现有技术有提出用球形粉末为原料，制成均匀的多孔结构，然后这样方法对原料要求过高，从而造成制造成本过大，而且不适用于以纤维材料作为本体材料或者增强的孔隙性材料的制备。

另外，孔隙性烧结材料的强度与除了与材料的材质有关之外，还与孔隙的大小和分布有关系。具有相同孔隙度的材料，具有规则的孔隙和孔径均匀一致的孔隙和孔隙分布的孔隙性烧结材料具有较高的强度。现有技术有采用致孔剂例如淀粉以在高温烧结过程中形成孔隙的这种特性来制备孔隙性材料，但是如何控制致孔剂在高温烧结过程中形成孔隙形状规则、孔径均匀并且孔隙分布均匀一直是本技术领域的技术难题。

发明内容

本发明为了解决现有技术中所存在的上述一个或者多个问题或难题，提出了在烧结助剂加入膨润土并且纤维浆料中添加硅藻土来控制由作为致孔剂的淀粉在烧结过程中形成的孔隙，从而得到高质量的孔隙性烧结材料。

本发明在第一方面提供了一种利用硅藻土制备孔隙性烧结材料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配制烧结助剂悬浮液：将烧结助剂与致孔剂分散在溶剂中并搅拌均匀，得到烧结助剂悬浮液；

(2)制备无机纤维浆料：将无机纤维材料、孔隙控制剂和所述悬浮液加入到水中并搅拌均匀，从而得到所述无机纤维浆料；其中水与无机纤维材料的质量比为80：1至100:1；

(3)湿坯成型：将所述无机纤维浆料过滤后压制，得到湿坯；

(4)湿坯干燥：将所述湿坯在100℃至120℃的温度范围内干燥12至18小时，从而得到干坯；

(5)高温烧结：将所述干坯烧结6至12小时，得到所述烧结材料；

其中，所述烧结助剂为碳化硅与膨润土的混合物；所述致孔剂为淀粉，优选为醇溶性淀粉；所述孔隙控制剂为硅藻土，所述烧结温度为800℃至1000℃。

本发明在第二方面还提供了由本发明第一方面所述的方法制得的烧结材料。

本发明方法无需球形粉料，仅通过适量的硅藻土和膨润土即可得到孔隙孔径分布均匀的高强度烧结材料。

具体实施方式

如上所述，本发明在第一方面提供了一种利用硅藻土制备孔隙性烧结材料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)配制烧结助剂悬浮液：将烧结助剂与致孔剂分散在溶剂中并搅拌均匀，得到烧结助剂悬浮液；