泡沫陶瓷的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及Ca-ZrO2泡沫陶瓷的新型注凝成型，屬于結構陶瓷領域。
【背景技術】
[0002]21<)2泡沫陶瓷具有十分優(yōu)異的物理和化學性能，除硫酸和氫氟酸外，對酸、堿及堿熔體、玻璃熔體和熔融金屬具有良好的穩(wěn)定性，而且熱導率低、熱穩(wěn)定性好、高溫蠕變小，使其在載體(M.J.Lee, J.H.Jung, K.Zhao, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J], 2014, 34:1771 -1776)、分離(B.A.Latella, E.G.Mehrtens.J.Mater.Sc1.[J], 2007, 42:5880 - 5882)和隔熱(R.B.Zhang, R.J.He, ff.B.Zhou, et al.Mater.Design [J], 2014, 62:1 - 6)等方面應用前景廣闊。目前，制備21<)2泡沫陶瓷的常用方法有添加造孔劑法(L.B.Garrido，M.P.Albano, K.P.Plucknett, et al.J.Mater.Process.Tech.[J], 2009, 209:590 - 598)、固相反應法(Z.Y.Deng, Y.Zhou, Y.1nagaki, et al.Acta.Mater.[J], 2003, 51:731 - 739)、冷凝干燥法(J.C.Han, C.Q.Hong, X.H.Zhang, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J], 2010, 30:53 -60)和注凝成型法(J.Zhou, C.A.Wang.J.Am.Ceram.Soc.[J]，2013，96 (I): 266 - 271)等。其中，注凝成型法因其技術工藝簡單、易于成型、添加劑少，且能夠獲得足夠強度的樣品，在制備ZrO2^沫陶瓷中獲得了廣泛的應用(L.F.Hu，C.A.Wang, Y.Huang.J.Mater.Sc1.[J], 2010, 45: 3242 - 3246 ；L.Y.Shen, M.J.Liu, X.Z.Liu, et al.Mater.Res.Bul 1.[J]，2007，42:2048 - 2056)。但常用的注凝體系存在氧阻聚問題，并需要添加多種有機物，在一定程度上限制了其應用。最近，Y.Yang 等人(Y.Yang, S.Z.Shimai, S.ff.Wang.J.Mater.Res.[J]，2013，28 (11):1512-1516)開發(fā)了一種新的注凝體系(PIBM注凝體系)，該體系只需一種水溶性共聚物(異丁烯和馬來酸酐按1:1共聚而成，簡稱PIBM)，用量少，能在常溫下凝膠成型，且無毒、工藝簡單、無氧阻聚現象；自從其被開發(fā)以來，已在多種陶瓷的制備中進行了應用(Y.Yang, S.Z.Shimai, Y.Sun, et al.J.Mater.Res.[J]，2013，28 (15): 2012-2016 ;X.P.Qin, G.H.Zhou, Y.Yang, et al.Ceram.1nt.[J]，2014，40:12745 - 12750 ；Y.Sun, S.Z.Shimai, X.Peng, et al.Ceram.1nt.[J], 2014, 40:8841 - 8845 ； J.Wang, F.Zhang, F.Chen, et al.J.Am.Ceram.Soc.[J], 2014, 97 (5): 1353 - 1355 ；X.Shu, J.Li, H.L.Zhang, etal.J.1norg.Mater.[J], 2014, 29 (3): 327-330)。
[0003]現在對摻雜ZrO^沫陶瓷的研宄主要集中于Y 203穩(wěn)定的ZrO 2 (YSZ)(Z.Y.Deng, J.M.F.Ferreira a, Y.Tanaka, et al.Acta Mater.[J], 2007, 55:3663 - 3669)和 Al2O3慘雜 ZrO 2 (Z.Zivcova-Vlckova, J.Locs, M.Keuper, et al.J.Eur.Ceram.Soc.[J]，2012，32:2163 - 2172)上，對以CaO穩(wěn)定的立方ZrO2泡沫陶瓷還沒有相關報道，所以研宄制備CaO穩(wěn)定的立方ZrO2 (簡寫為Ca-ZrO2)有很大的理論和實際意義。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種制備氣孔率高、氣孔尺寸小、分布均勻、隔熱性能好、強度高的Ca-ZrO2泡沫陶瓷的制備方法以及由該制備方法制備的Ca-ZrO 2泡沫陶瓷。
[0005]在此，一方面，本發(fā)明提供一種注凝成型體系制備0&-21<)2泡沫陶瓷的方法，包括以下步驟:
(1)向均勻分散有0&-21<)2粉體和水溶性異丁烯類共聚物的水基漿料中加入發(fā)泡劑并進行發(fā)泡，得到泡沫漿料；
(2)將所得泡沫漿料注入模具成型，固化后脫模、干燥，得到泡沫坯體；
(3)將所得泡沫坯體進行燒結制得Ca-ZrO2泡沫陶瓷。
[0006]本發(fā)明中，注凝成型中只需一種添加劑(水溶性異丁烯類共聚物)作為凝膠劑和分散劑，無毒、工藝簡單，首次用于ZrO2泡沫陶瓷的制備；其次，由于是制備的多孔泡沫陶瓷，收縮小，可以一次燒結成型，價格低、效率高；第三，首次制備了高氣孔率泡沫陶瓷；最后得到的泡沫陶瓷密度小、氣孔率高、隔熱性能優(yōu)異、具有一定的機械強度，為隔熱、過濾等領域的應用奠定了基礎。
[0007]較佳地，步驟⑴中，Ca-ZrO2粉體是CaO穩(wěn)定的立方相ZrO 2，其中CaO含量為8?12mol %，d5。為 0.5 ?4.25 μ m。
[0008]較佳地，步驟(I)中，所述水溶性異丁烯類共聚物是由異丁烯和馬來酸酐按1:1共聚而成。這樣，其用量少，能在常溫下凝膠成型，且無毒、工藝簡單、無氧阻聚現象。
[0009]較佳地，步驟(I)中，所述水基漿料的固含量為42?48vol%，水溶性異丁烯類共聚物的添加量為0.5?0.9wt%。本發(fā)明中，作為添加劑的水溶性異丁烯類共聚物的添加量為少量即可，從而可以節(jié)約成本。
[0010]較佳地，步驟⑴中，所述發(fā)泡劑為EMAL TD (十二烷基硫酸三乙醇胺)、AMPHIT0L20Y-B (椰油酰兩性基乙酸鈉)和/或AMPHITOL 24B (月桂基甜菜堿)。
[0011]較佳地，步驟(I)中，所述發(fā)泡劑的添加量相對于所述水基漿料為0.3?1.5νο1 % ο
[0012]較佳地，步驟(2)中，所述固化是在20?30°C固化40?50小時。
[0013]較佳地，步驟(3)中，所述燒結是在1350?1500°C保溫2?5小時。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供由上述制備方法制備的0&-21<)2泡沫陶瓷，所述Ca-ZrO2泡沫陶瓷所用的粉體是CaO穩(wěn)定的立方相ZrO2，其中CaO含量為8?12mol %，d5(l為0.5?
4.25 μ m0
[0015]所述Ca-ZrO2泡沫陶瓷的收縮率為10?12.6%，密度為0.6?1.45g/cm3，氣孔率為74?89 %，氣孔尺寸為336?555 μ m，熱導率為0.11?0.20ff/m.Κ，抗壓強度為1.1?8.3MPa0
[0016]本發(fā)明的0&-21<)2泡沫陶瓷密度小、氣孔率高、隔熱性能優(yōu)異、具有一定的機械強度，為隔熱、過濾等領域的應用奠定了基礎。
【附圖說明】
[0017]圖1.保溫時間為2h，燒結溫度分別為1350、1400、1450和1500°C時所得樣品的收縮率;
圖2.保溫時間為2h，燒結溫度分別為1350、1400、1450和1500°C時所得樣品的密度； 圖3.保溫時間為2h，燒結溫度分別為1350、1400、1450和1500°C時所得樣品的氣孔率;
圖4.保溫時間為2h，燒結溫度分別為1350、1400、1450和1500°C時所得樣品的抗壓強度；
圖5.燒結溫度為1450°C，保溫時間為2、3、4和5h時所得樣品的收縮率；
圖6.燒結溫度為1450°C，保溫時間為2、3、4和5h時所得樣品的密度；
圖7.燒結溫度為1450°C，保溫時間為2、3、4和5h時所得樣品的氣孔率；
圖8.燒結溫度為1450°C，保溫時間為2、3、4和5h時所得樣品的抗壓強度；
圖9.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol %時漿料的發(fā)泡率；
圖10.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%時樣品的密度；
圖11.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%時樣品的氣孔率；
圖12.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、1.0和1.5vol%時樣品的抗壓強度；
圖13.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、1.0和1.5VoI %時樣品的SEM斷面形貌；
圖14.燒結溫度為1450°C，保溫時間為3h，EMAL TD添加量分別為0.3,0.5,0.8、