本发明属于堇青石多孔陶瓷技术领域。具体涉及一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。
背景技术：
高孔隙率的多孔陶瓷具有三维立体网络骨架和相互贯通气孔结构。高孔隙率的多孔陶瓷具有气孔率高、比表面积大、耐高温、抗化学腐蚀、热稳定性好等优良性能，被广泛用作催化剂载体、金属液过滤器、高温气体交换过滤器等。
堇青石(2mgo·2al2o3·5sio2)的熔点为1460℃，具有低热膨胀系数、优异的抗冲击和耐高温性能等一系列优点。堇青石多孔陶瓷是一种重要的高温烟气和汽车尾气净化用的催化剂载体、冶金工业用过滤等多用途的多孔材料。
目前，堇青石多孔陶瓷的研究已见报道，如“用煤矸石与废弃耐火材料合成多孔堇青石陶瓷材料的方法”(cn200910082675.4)的专利技术，但是该技术中堇青石多孔陶瓷材料显气孔率最高仅为53％，限制了其在过滤和催化剂载体方面的应用；如“利用白瓷废料合成堇青石陶瓷及其制备方法”(cn201611007541.2)的专利技术，该技术中制备的堇青石多孔材料气孔率也仅仅只有24％～56％，只能用作保温材料。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷的制备方法；用该方法制备堇青石多孔陶瓷具有三维网络连通结构、强度高、孔隙率高和适用范围广。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是的具体步骤是：
步骤一、以30～40wt％的滑石、48～66wt％的苏州土和3～14wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料0.01～5wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(1～4)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(3～9)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料50～90wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1300～1450℃条件下保温3～9h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述滑石的粒径小于88μm；滑石的mgo含量≥36wt％，sio2含量≥45wt％。
所述苏州土的粒径小于88μm；苏州土的al2o3含量≥28wt％，sio2含量≥42wt％。
所述α-al2o3微粉的粒径小于88μm；α-al2o3微粉的al2o3含量≥99wt％。
所述添加剂为二氧化铈、三氧化二镧、三氧化二钕、二氧化钛和二氧化锆中的一种，添加剂的纯度大于99.0wt％。
所述聚苯乙烯球的粒径小于1mm。
所述固化剂为三乙醇胺、聚酰胺、聚醚胺、异佛尔酮二胺、间苯二甲胺和3,3’-二甲基-4,4’-二氨基-二环己基甲烷中的一种。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
1、本发明采用的堇青石具有热膨胀系数低、抗热冲击性能优良和热稳定好等优点，是目前应用最广泛的颗粒物过滤材料；所制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷的孔隙率高达95％、具有三维网络连通的结构，比表面积大，用作颗粒物过滤和催化载体材料，过滤效率较高，有利于环保。
2、本发明制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷可以成型为粒状、板状等任意形状的堇青石多孔陶瓷，能用于各种工况，适用范围广。
3、本发明所制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.13～0.39g/cm3；耐压强度达到5.5～9mpa；总气孔率为85～95％。
因此，本发明制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷具有三维网络连通结构、孔隙率高、强度较高，用作颗粒物过滤和催化载体材料，过滤效率较高，有利于环保，适用范围广。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，现将本具体实施方式涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述滑石的粒径小于88μm；滑石的mgo含量≥36wt％，sio2含量≥45wt％。
所述苏州土的粒径小于88μm；苏州土的al2o3含量≥28wt％，sio2含量≥42wt％。
所述α-al2o3微粉的粒径小于88μm；α-al2o3微粉的al2o3含量≥99wt％。
所述聚苯乙烯球的粒径小于1mm。
添加剂的纯度大于99.0wt％。
实施例1
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以30～35wt％的滑石、57～66wt％的苏州土和3～8wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料0.01～0.1wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(1～2)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(3～4)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料50～60wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1300～1350℃条件下保温3～6h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为二氧化铈；
所述固化剂为三乙醇胺。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.312～0.39g/cm3；耐压强度达到7.8～9mpa；总气孔率为85～88％。
实施例2
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以35～40wt％的滑石、48～57wt％的苏州土和8～14wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料0.01～1wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(2～3)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(4～5)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料60～70wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1350～1400℃条件下保温6～9h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为三氧化二镧；
所述固化剂为聚酰胺。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.26～0.338g/cm3；耐压强度达到7.1～8mpa；总气孔率为87～90％。
实施例3
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以30～35wt％的滑石、57～66wt％的苏州土和3～8wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料1～5wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(3～4)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(5～6)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料70～80wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1300～1350℃条件下保温6～9h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为三氧化二钕；
所述固化剂为聚醚胺。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.13～0.182g/cm3；耐压强度达到5.5～6.9mpa；总气孔率为93～95％。
实施例4
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以35～40wt％的滑石、48～57wt％的苏州土和8～14wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料1～5wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(3～4)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(6～7)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料80～90wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1400～1450℃条件下保温3～6h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为二氧化钛；
所述固化剂为异佛尔酮二胺。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.156～0.234g/cm3；耐压强度达到5.8～7mpa；总气孔率为91～94％。
实施例5
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以30～35wt％的滑石、57～66wt％的苏州土和3～8wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料0.5～3wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(2～3)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(7～8)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料70～80wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1400～1450℃条件下保温6～9h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为二氧化锆；
所述固化剂为间苯二甲胺。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.208～0.312g/cm3；耐压强度达到6.7～7.8mpa；总气孔率为88～92％。
实施例6
一种高孔隙率堇青石多孔陶瓷及其制备方法。本实施例所述制备方法的步骤是：
步骤一、以35～40wt％的滑石、48～57wt％的苏州土和8～14wt％的α-al2o3细粉为原料，外加所述原料1～5wt％的添加剂，混合均匀，得到预混料。
步骤二、按所述预混料︰聚苯乙烯球的体积比为1︰(2～3)，将所述预混料与所述聚苯乙烯球混合均匀，得到混合料。
步骤三、按环氧树脂︰固化剂的质量比为(8～9)︰1，将所述环氧树脂与所述固化剂混合均匀，得到混合均匀的树脂体系。
步骤四、向所述混合料中加入所述混合料70～80wt％的混合均匀的树脂体系，混合均匀，成型，在空气气氛中于1350～1450℃条件下保温6～9h，制得高孔隙率堇青石多孔陶瓷。
所述添加剂为二氧化锆；
所述固化剂为3,3’-二甲基-4,4’-二氨基-二环己基甲烷。
本实施例制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.182～0.26g/cm3；耐压强度达到6.3～7.4mpa；总气孔率为90～93％。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：
1、本发明采用的堇青石具有热膨胀系数低、抗热冲击性能优良和热稳定好等优点，是目前应用最广泛的颗粒物过滤材料；所制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷的孔隙率高达95％、具有三维网络连通的结构，比表面积大，用作颗粒物过滤和催化载体材料，过滤效率较高，有利于环保。
2、本发明制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷可以成型为粒状、板状等任意形状的堇青石多孔陶瓷，能用于各种工况，适用范围广。
3、本发明所制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷经检测：体积密度为0.13～0.39g/cm3；耐压强度达到5.5～9mpa；总气孔率为85～95％。
因此，本发明制备的高孔隙率堇青石多孔陶瓷具有三维网络连通结构、孔隙率高、强度较高，用作颗粒物过滤和催化载体材料，过滤效率较高，有利于环保，适用范围广。