专利名称：一种硼酸铝复合多孔陶瓷及其制备方法
技术领域：
本发明属于多孔陶瓷技术领域，尤其是涉及一种硼酸铝复合多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术：
由于多孔陶瓷具有低密度、高渗透率、耐腐蚀、良好的隔热性能、耐高温和使用寿命长等优点，它们可用作高温气体过滤器、固体颗粒过滤器、熔融金属过滤器，用于在高温下使用需要抗化学腐蚀、渗透性好的设备上，以及作为物理分离用隔板，处理化工厂废物和汽车尾气的催化剂载体等方面。它们还可用作耐火材料、隔热材料、传感器、热敏电阻和多孔压电陶瓷、热交换器等。此外，它们在生物医用领域也具有潜在的应用前景。总之，多孔陶瓷已被广泛应用于冶金、化工、能源、环保、生物等领域。
近年来，对硼酸铝陶瓷的研究主要集中硼酸铝晶须的制备和应用上，因为硼酸铝的密度低(2.93g/cm3)、熔点高(1440℃)，其机械性能可与SiC、Si3N4相妣美；硼酸铝的热膨胀系数小(4.2×10-6/K)、导热系数小(4～5w/(m.k)，因而具有良好绝热性；硼酸铝具有良好的耐腐蚀性，它在90℃的1摩尔/升HCl溶液中煮沸8h，重量仅减少1％。因而硼酸铝用作添加增强制成各种复合材料，可提高材料的机械强度、热稳定性和抗腐蚀性。
目前，由于硼酸铝晶须的制备工艺比较复杂、而且晶须大小难以控制，限制了硼酸铝晶须的在很多方面的应用。
一种高强致密的硼酸铝陶瓷材料(US 4,774,210)，采用含铝化合物例如氧化铝、氯化铝、氢氧化铝、一水铝石和硝酸铝和三氧化二硼为原料，外加0.25～10％的促烧剂例如硼铝酸钙、硼铝酸镁、硼磷酸铝和硼硅酸铝等，制备出一种绝热硼酸铝陶瓷虽强度高、密度低，但工艺复杂、成本高。
采用醋酸铝和硼酸为原料制备硼酸铝陶瓷(US 5,183,785)，是在一定温度下煅烧，然后将煅烧后的混合粉，成型，在一定温度下烧结处理，得到高气孔率、气孔大小分布可控的硼酸铝陶瓷。是先将醋酸铝和硼酸成泥浆，然后煅烧，再将煅烧后混合粉成型，在一定温度下烧结后得到硼酸铝陶瓷。该发明虽可制备出气孔率40～60％、孔径大小为0.5μm～5μm的硼酸铝陶瓷，但是采用的二步煅烧工艺，工艺比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低廉、生产易于控制、保温和透气性能好的硼酸铝多孔陶瓷及其制备方法。
为实现上述任务，本发明采用的技术方案是将骨料与混合粉按重量比为20～90/10～80混合，外加1～6wt％的结合剂，混合5～60分钟，成型，在90～120℃条件下干燥20～30小时，升温到200～500℃保温20～280分钟，再升温至700～1700℃保温30～600分钟，自然冷却；其中混合粉的制备方法是，将含铝化合物细粉与硼酸粉混合，混合后的AlxByOz为，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36，含铝的化合物细粉由Al2O3细粉、Al2O3.3H2O细粉、Al2O3.H2O细粉组成，分别为混合粉的0～70wt％、0～80wt％、0～70wt％；所述的骨料为刚玉、莫来石、矾土、镁砂、镁铝尖晶石中一种或两种或两种以上颗粒物组成；所述的刚玉、莫来石、矾土、镁砂、镁铝尖晶的粒度为5～0mm，Al2O3细粉、Al2O3.3H2O细粉、Al2O3.H2O细粉、硼酸粉的粒度小于180目。
所述的结合剂为淀粉、粘土、树脂、硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇、甘油、甲基纤维素中的一种或两种或两种以上的组合。
所述的成型或为机压、或为捣打或为浇注，机压成型的压力为45～350Mpa。
所述的升温的速度为50～300℃/h，再升温的速度为50～300℃/h。
由于采用上述技术方案，本发明工艺简单、成本低廉、生产易于控制，利用含铝的化合物和硼酸分解制备孔，通过改变原料粒度和控制工艺参数，可获得不同孔径、显气孔率为15～80％、的多孔陶瓷，所生产的多孔陶瓷具有保温和透气性能好的特点。制得的多孔陶瓷和其它材料复合，可作为保温材料、金属熔体精炼用透气陶瓷等。
具体实施例方式
实施例1将1.0～0.2mm的电熔白刚玉与混合粉按重量比为60～80/20～40混合。混合粉由9-15wt％的电熔白刚玉细粉、15～30wt％的α-Al2O3微粉、20～50wt％的氢氧化铝细粉和硼酸粉混合。混合后的AlxByOz的范围为，x＝18、y＝4、z＝33，外加2～5wt％粘土，混合10～15分钟后，在100～300MPa压力下机压成型。在100～110℃条件下干燥24小时，然后以100～200℃/h的升温速度加热到280～450℃，保温30～200分钟；再以100～200℃/h的升温速度加热至800～1600℃，保温30～240分钟，自然冷却后取出。
采用X-射线衍射分析其物相组成，主要物相为硼酸铝(9Al2O3.2B2O3)和刚玉相。测得其体积密度为2.54g/cm3，显气孔率为35％，耐压强度为45MPa，透气度为0.44μm2。将试样φ36×36mm浸入870℃铝熔体中48小时，取出试样，切开剖面，观察，未见试样被铝熔.体渗透。
实施例2将1-0.5mm的镁铝尖晶石与混合粉按重量比为50～70/30～50混合。混合粉由12～25wt％的电熔白刚玉细粉、20～35wt％的α-Al2O3微粉、20～35wt％的拟薄水铝石细粉与硼酸粉混合，混合后AlxByOz的范围为，x＝18、y＝4、z＝33，外加2～5wt％的硅溶胶。混合10～15分钟后，在150～200MPa压力下机压成型。在100～110℃条件下干燥24小时，然后以100～200℃/h的升温速度加热到280～450℃，保温30～200分钟；再以100～200℃/h的升温速度加热至800～1600℃，保温30～240分钟，自然冷却后取出。
采用X-射线衍射分析其物相组成，主要物相为硼酸铝(9Al2O3.2B2O3)和镁铝尖晶石相。测得其体积密度为2.12g/cm3，显气孔率为40％，耐压强度为40MPa，透气度为0.56μm2。将试样φ36×36mm浸入870℃铝熔体中48小时，取出试样，切开剖面，观察，未见试样被铝熔体渗透。
权利要求
1.一种硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法，其特征在于将骨料与混合粉按重量比为20～90/10～80混合，外加1～6wt％的结合剂，混合5～60分钟，成型，在90～120℃条件下干燥20～30小时，升温到200～500℃保温20～280分钟，再升温至700～1700℃保温30～600分钟，自然冷却；其中混合粉的制备方法是，将含铝化合物细粉与硼酸粉混合，混合后的AlxByOz为，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36，含铝的化合物细粉由Al2O3细粉、Al2O3.3H2O细粉、Al2O3.H2O细粉组成，分别为混合粉的0～70wt％、0～80wt％、0～70wt％；
2.根据权利要求1所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述的骨料为刚玉、莫来石、矾土、镁砂、镁铝尖晶石中一种或两种或两种以上颗粒物组成；
3.根据权利要求1所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制制备方法，其特征在于所述的刚玉、莫来石、矾土、镁砂、镁铝尖晶的粒度为5～0mm，Al2O3细粉、Al2O3.3H2O细粉、Al2O3.H2O细粉、硼酸粉的粒度小于180目。
4.根据权利要求1所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述的结合剂为淀粉、粘土、树脂、硅溶胶、铝溶胶、聚乙烯醇、甘油、甲基纤维素中的一种或两种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述的成型或为机压、或为捣打或为浇注，机压成型的压力为45～350Mpa。
6.根据权利要求1所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法，其特征在于所述的升温的速度为50～300℃/h，再升温的速度为50～300℃/h。
7.根据权利要求1～6所述的硼酸铝复合多孔陶瓷的制备方法所制备的硼酸铝复合多孔陶瓷。
全文摘要
本发明涉及一种硼酸铝复合多孔陶瓷及其制备方法。其方案是将骨料与混合粉按重量比为20～90/10～80混合，外加1～6wt％的结合剂，混合后成型。在90～120℃条件下干燥20～30小时，升温到200～500℃保温20～280分钟，再升温至700～1700℃保温30～600分钟，自然冷却。其中混合粉的制备方法是，将含铝化合物细粉与硼酸粉混合，混合后的AlxByOz为，x＝16～22、y＝2～5、z＝30～36。含铝的化合物细粉由Al
文档编号C04B35/622GK1730427SQ20051001895
公开日2006年2月8日 申请日期2005年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者李远兵, 李楠 申请人:武汉科技大学