[发明专利]一种制备多孔陶瓷材料的方法

说明书

一种制备多孔陶瓷材料的方法，采用高能激光束作为加热源，区域熔化共晶成分的氧化物复合材料预制体，通过精确控制激光功率和抽拉速率使熔体表面张力和自身重力保持平衡，实现熔区的稳定，同时向下抽拉试样使熔区快速冷却并连续凝固，在凝固过程中，炉腔内的氧气会溶解于悬浮熔体中，因为气体在固体中的溶解度远低于液体，所以当溶解了氧气的熔体凝固时会在固液界面析出氧气气泡，气泡因为表面张力吸附于固液界面，随着定向凝固进行，吸附的气泡被禁锢在固相中形成多孔结构，获得具备高度致密和均细化结构骨架的多孔氧化物共晶复合陶瓷材料。

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷材料制备领域，具体是采用激光悬浮区熔高梯度定向凝固方法制备高强度多孔共晶复合陶瓷材料。

背景技术

多孔陶瓷材料具有低密度、较好的高温强度、高渗透性、吸波性、优秀的抗热震性和化学稳定性，因此在高温熔融金属和气体的过滤、隔热隔音、生物支架、催化剂载体、隐身和储能材料等多个领域展现出广阔的应用前景。专利“K.Schwartzwalder andA.V.Somers,Method of Making Porous Ceramic Articles,US Pat.No.3090094,May 21,1963”首次提出了使用有机泡沫浸渍法制备多孔陶瓷，该方法工艺简单，生产成本低，便于实现工业化。然而受浸渍模板的限制，该方法无法制备小孔径闭口气孔制品，且形状受限，所制备的多孔陶瓷密度和强度不易控制。文献“Sepulveda and J.G.P.Binner,Processingof Cellular Ceramics by Foaming and In Situ Polymerisation of OrganicMonomers,J.Eur.Ceram.Soc.,19(12)(1999)2059–66”提出了一种直接发泡法，该方法可制备高孔隙率和较高强度的的多孔陶瓷，特别适合闭气孔陶瓷材料的制备，然而制备成型过程中难以严格控制发泡剂的添加量、发泡温度及发泡时间等工艺条件，容易出现大泡、坯体塌陷和孔径不均匀等现象。文献“S.Deville,E.Saiz,R.K.Nalla,A.P.Tomsia,Freezing asa path to build complex composites,Science 311(2006)515–518”介绍了一种冷冻干燥法，该方法可制备具有定向层状孔隙形貌的多孔陶瓷材料，所制备样品的孔隙结构易于控制，强度较高，但是该方法需要对试样进行真空冷冻干燥处理，再通过烧结成型，制备成本高且周期长，降低了生产效率。文献“H.Shao,Y.He,J.Fu,D.He,X.Yang,J.Xie,C.Yao,J.Ye,S.Xu,Z.Gou,3D printing magnesium-doped wollastonite/b-TCP bioceramicsscaffolds with high strength and adjustable degradation,J.Eur.Ceram.Soc.36(6)(2016)1495–1503”介绍了利用3D打印技术制备多孔陶瓷的新方法，3D打印技术因在成型方面的优势可以精确制备各种复杂外形的多孔陶瓷，非常适合用于生物支架材料，然而该方法不适合制备小尺寸孔隙的样品，而且普遍采用3D打印与烧结相结合的成型方式，制备得到的导致所制得的多孔陶瓷强度较低。