[发明专利]生产陶瓷泡沫的方法

说明书

                     发明领域

本发明涉及陶瓷泡沫，更确切地说，是涉及一种通过在无机凝胶化过程中释放出挥发性反应产物来生产陶瓷泡沫的方法。

                     发明背景

通常将发泡剂(例如：一种如二氧化碳或氟利昂的超临界液体)引入到聚合物中来生产有机泡沫。对聚合物快速降压，发泡剂就会在聚合物中形成气泡。这个过程产生了一种含气泡的固体，即泡沫。

陶瓷泡沫可以由多种材料制得，也可以用在如隔热、分离工艺、催化剂和低介电常数物质等多种用途中。简单地说，陶瓷泡沫也即一种固相由陶瓷材料组成的泡沫。

最普通的生产陶瓷泡沫的方法是将用陶瓷悬浮体注入有机泡沫聚合物(例如，聚氨基甲酸乙酯)。被涂覆的有机聚合物经干燥，然后燃掉有机相。经烧结，最终的陶瓷泡沫是原始有机母体的复本。

生产陶瓷泡沫的另一种方法是将所谓的高内相乳液法("HIPE")，其是在表面活性剂作用下分散在造孔相(如，石油溶剂)中的聚合单体(如，硅酸钠)的连续相的浓乳液。连续相经聚合反应稳定下来，洗涤，然后干燥以获得泡沫。

以上所述的两种方法都可用来生产开孔陶瓷泡沫。但是，这些方法没有在用发泡剂产生泡沫的方法中所使用的气液相组合。

将物理发泡剂混入陶瓷悬浮体中已生产出多孔二氧化硅和SiC须加强的多孔二氧化硅(分别见Fujiu et al_J.Am.Ceram.Soc_vol.73,pp.85-90(1990)和Wu et al_J.Am.Ceram.Soc_vol.73,pp.3497-3499(1990))。这个过程使用了一种稳定的胶态二氧化硅水性悬浮液。在表面活性剂和甲醇的作用下，发泡剂以小液滴的形式分散在悬浮液中。调节悬浮液的PH值以便产生凝胶化效应。凝胶化伴随着粘度的迅速升高。在这一阶段，温度迅速升高到发泡剂的沸点以上，从而在凝胶中产生气泡，并形成泡沫。为了防止气泡破裂，在这一阶段必须严格控制粘度上升时间和定形温度。

在另一种陶瓷泡沫生产方法中(P.Sepulveda,Am,Cer.Bull_76,61-65(1997))，泡沫结构是通过混入陶瓷粉末悬浮体中的有机单体的聚合得以稳定的。在发泡以后，将引发剂和催化剂加入体系中来引发单体聚合和孔状结构的定形。

上述方法有一些不足。大多数这些方法都包括一系列的步骤(如，将原料发泡，加发泡剂等)。这不仅复杂，而且增加了泡沫制造过程的成本。此外，这样生产的泡沫通常孔率度为70-90％。因此，从提高孔率度的观点出发，有必要改进陶瓷泡沫的生产方法。

                  发明概述

本发明提供了一种用于陶瓷泡沫发泡的新方法。主要地说，陶瓷泡沫是由一种母体生产的，其中这种母体具有在凝胶化过程中能被激活的内发泡机理。母体或者母体的混合物含有至少一种陶瓷成形成分，并且在无机凝胶化过程中释放出至少一种挥发性产物。

在一个实施方案中，依靠含AlCl₃(Prⁱ₂O)复合体晶体的母体发泡。原料母体分解产生溶解在异丙基氯液体中的聚合物。只要将溶剂和正在生成的AlO_xCl_y(OPrⁱ)_z类物质均匀地混合，溶液的沸点就会升高到纯的异丙基氯的沸点(35.4℃，在1个大气压)以上。聚合反应一直在液相中进行直至达到聚合物的临界尺寸，随后，发生相分离为富聚合物相和富溶剂相。析出溶剂的温度突然升高到沸点以上之后，立刻就会产生气泡。含有泡沫孔壁的富聚合物区的凝胶化使得泡沫稳定化。由此生成了一种超轻的凝胶化泡沫。

通过对母体温和地加热(T＜100℃)，可以提高反应速率，但也可以在室温下发泡。加热也会影响孔的大小，低温下会产生较大的孔。本方法的简单性，应归因于具有所有必要的发泡功能的母体。

在另一个实施方案中，母体混合物由仲丁醇铝和四氯化硅溶液组成。但加热时，在AlO_xSi_yCl_z(OR)_n类物质(OR为仲丁醇供氧体)缩合的同时，溶液释放出挥发性的物质(仲丁基氯)。如以前的方法一样，挥发性物质作为在凝胶化过程中产生泡沫的发泡剂。