可控双峰多孔结构Al₂O₃陶瓷材料的制备方法

摘要

一种可控双峰多孔结构Al2O3陶瓷材料的制备方法，首先将两种不同形状不同材料的造孔剂和氧化铝粉末根据造孔剂的设计体积，计算得出原始混合粉末中造孔剂和氧化铝的质量配比，并称量；然后将原始混合粉末利用介质乙醇球磨；干燥、过筛、成型、烧结得到多孔氧化铝陶瓷材料，本发明能够通过不同含量和形状的造孔剂来设计调控制备出不同孔隙率和孔结构的双峰多孔氧化铝陶瓷材料，其中大孔的孔径可控在纳微米级，小孔的孔径可控在纳米级，并且大孔的孔结构为纤维状，小孔的孔结构为球状或扁平状，此外，本发明所需的原料成本较低，制备工艺简单，可以为电极、人造骨骼、催化剂、生物反应器和吸附剂等领域的应用提供满足不同需求的一系列材料。

主权项

一种可控双峰多孔结构Al2O3陶瓷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，将两种不同形状不同材料的造孔剂和氧化铝粉末通过下列公式： m 1 ρ 1 + m 2 ρ 2 = P × ( m 1 ρ 1 + m 2 ρ 2 + m 3 ρ 3 ) V 1 : V 2 = ( m 1 ρ 1 ) : ( m 2 ρ 2 ) 计算得出原始混合粉末中造孔剂和氧化铝的质量配比m1：m2：m3，并称量，其中：m1和m2分别为两种造孔剂的质量；m3为氧化铝的质量；ρ1和ρ2分别为两种造孔剂的密度；ρ3为氧化铝的密度；P为多孔材料的孔隙率；V1和V2分别为造孔剂的设计体积；第二步，将称量的氧化铝和造孔剂粉末混合物利用介质乙醇以800RPM转速在球磨机中球磨湿混24小时，磨球使用直径为3mm的氧化铝球，磨球与待磨混合物的体积比为1:1；第三步，对乙醇在25℃～35℃下进行低温挥发并在电热鼓风干燥箱里以110℃温度进行12小时干燥，然后对干燥的混合粉体进行200目网筛过筛；第四步，获得的粉末装入压模中，置于模套上下压头之间的两压片之间，先经快速成型机在125MPa下预压20秒初步成型后，再放入冷等静压仪在500MPa下成型，获得预制试样；第五步，将预制试样放入马弗炉中在升温速率为10～15℃/min进行烧结，并在1550℃保温2小时，烧结过程中内部的造孔剂发生燃烧反应，最终原位制备得到多孔氧化铝陶瓷材料；其中，所述两种不同形状不同材料的造孔剂为球形淀粉和纤维状碳纤维，造孔剂和氧化铝的体积比为1～4:4，所述球形淀粉的粒径为9.35μm，纤维状碳纤 维的平均直径7.00μm，长度50～150μm；或者，所述两种不同形状不同材料的造孔剂为扁平状石墨和纤维状纤维素，造孔剂和氧化铝的体积比为3～7:7，所述扁平状石墨的粒径为28.7μm，纤维状纤维素的平均直径14.5μm，长度90μm、150μm或200μm；或者，所述两种不同形状不同材料的造孔剂为颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯和纤维状尼龙‑66纤维，造孔剂和氧化铝的体积比为1～4:4，所述颗粒状聚甲基丙烯酸甲酯的粒径为30.4μm，纤维状尼龙‑66纤维的平均直径19μm，长度800μm。