[发明专利]一种陶瓷金属多孔复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种陶瓷金属多孔复合材料及其制备方法，将高岭土、氧化铝粉体和工业铝溶胶混合后，加入矿化剂和助烧剂再次混合均匀，将混合好的陶瓷粉体与溶剂和粘结剂混合配制成浆料，然后浇注到放有泡沫金属的冷冻模具中，待浆料冷冻凝固后进行冷冻干燥，获得陶瓷金属复合生坯，然后在惰性气氛下低温反应烧结，最终制得陶瓷金属多孔复合材料，本发明的有益效果在于，将多孔金属和陶瓷复合为一体，使多孔陶瓷具备了导电、传感和加热的功能，便于下游应用的集成化或多功能化，在催化、吸附等领域具有极好的应用前景；且本方法所用原料易得，工艺简单可靠，在工业化生产上具有明显优势。

技术领域

本发明涉及陶瓷复合材料制备技术领域，具体涉及一种陶瓷金属多孔复合材料及其制备方法。

背景技术

多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、重量轻、隔音、隔热、渗透性好等优点，其中由于金属的电磁及高热导特性，使多孔金属材料在传感器、电磁屏蔽、电极材料和热交换等功能领域具有良好的应用价值，而多孔陶瓷耐高温、耐腐蚀的特点使其在流体过滤、催化剂载体和吸附材料等领域具有重要的应用价值。将多孔金属和多孔陶瓷复合为一体，使其具有两者的共同特性，将会极大的扩展其应用领域。

目前，由于多孔陶瓷和多孔金属制备工艺上的差别，很难将两种材料复合为一体，并且由于多孔陶瓷高的烧结温度，导致其很难与金属进行复合。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践提出了本发明。

发明内容

本发明利用市售泡沫金属，选择烧结温度较低的陶瓷粉体，结合冷冻干燥工艺，制备出高孔隙率的陶瓷金属多孔复合材料。本发明采用的技术方案在于，提供一种陶瓷金属多孔复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

第一步：将质量比1:0.3-0.6：1.2-3.1的高岭土、氧化铝粉体和工业铝溶胶置于混料罐中，混合烘干过筛后，加入矿化剂和助烧剂，再次混合烘干并过筛后，获得混合粉体A；

第二步：将第一步所述混合粉体A与溶剂和粘结剂置于混料罐中，加入氧化铝球，混合6h～12h，倒入烧杯后，加入消泡剂,在真空下除泡4-10min，获得稳定分散的浆料，其中所述混合粉体A占所述料浆总体积的5％-40％；

第三步：将多孔泡沫金属在丙酮中进行超声清洗，烘干并切割成所需的形状，将所述多孔泡沫金属放入与其形状一致的模具中，然后将所述模具放在制冷装置内进行冷冻处理，且冷冻温度为-196-0℃；

第四步：将第二步中所述浆料倒入步骤三所述模具中，并使所述浆料没过所述多孔泡沫金属，获得凝固的浆料；

第五步：将第四步所述凝固后的浆料在温度为-10℃-40℃、压力为1～100Pa 的条件下冷冻干燥1～5天，获得多孔陶瓷/金属复合生坯；

第六步：将第五步所述复合生坯置于密封的氧化铝坩埚中，在惰性气氛中进行反应烧结，烧结温度为900-1300℃，保温1-3h，升温速率为1-5℃/min，最终获得陶瓷/金属多孔复合材料。

较佳的，第一步中所述的工业铝溶胶固相含量为25％，且所述溶胶中的胶体颗粒大小为20-80nm；第一步所述高岭土需经过900℃高温煅烧，并经球磨使其粒径分布在0.2-1μm之间；第一步所述氧化铝粉体为α-Al₂O₃，且所述粉体粒径为1-2μm。

较佳的，第一步中所述的矿化剂为无水氟化铝，且所述矿化剂的粒度为5-10 μm，所述矿化剂的加入量占所述混合粉体A总质量的8-12％。

较佳的，第一步所述的助烧剂为MoO3、MnO2或CuO中的一种，且所述助烧剂的粒度为5-10μm，所述助烧剂的加入量占所述混合粉体A总质量的6-10％。

较佳的，第二步所述的溶剂为去离子水、叔丁醇或崁烯中的一种。