(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專利(45)授權(quán)公告日2025.07.01(21)申請(qǐng)?zhí)?02110051471.5(22)申請(qǐng)日2021.01.14(43)申請(qǐng)公布日2021.03.19地址210023江蘇省南京市棲霞區(qū)仙林大(72)發(fā)明人金成王學(xué)斌張雅程騫CO4B38/06(2006.01)CO4B35/636(2006.01)權(quán)利要求書1頁說明書3頁附圖2頁氣氛下發(fā)泡得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料，將得到的復(fù)合材料除去碳得到氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)21.一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：(2)將上述粉體混合物放置于反應(yīng)爐中，通入惰性氣氛作為保護(hù)氣，隨后以25℃/min的升溫速率從常溫升至160℃,以4℃/min的升溫速率從160℃升至400℃,以20℃/min的升溫速率從400℃升至600℃,冷卻后得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料；(3)隨后將上述復(fù)合材料在高溫下通入水汽或直接在含氧氣氛中除去碳，得到氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)體；(4)將上述得到的氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)體在含氧氣氛中高溫?zé)Y(jié)，得到高孔隙率的氧化鋁泡沫陶瓷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)鋯中任一者或者多者的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中氯化銨、尿素、糖、助燒劑、氧化鋁粉末的質(zhì)量比為(0.4-1):(0.1-0.3):(0.6-1.5):4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中水汽除碳溫度為750-1150℃,保溫10-60min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中燒結(jié)溫度為1300-1600℃,燒結(jié)時(shí)間為30-240min。3技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明屬于隔熱材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種氧化鋁泡沫陶瓷的制備方法。背景技術(shù)[0002]氧化鋁泡沫陶瓷因其高溫穩(wěn)定性、低體積密度、高孔隙率、低導(dǎo)熱系數(shù)和良好的機(jī)械強(qiáng)度而被應(yīng)用于多種技術(shù)領(lǐng)域，包括熔融金屬過濾、高溫隔熱、熱交換、熱腐蝕性氣體的[0003]目前泡沫陶瓷常采用的方法有添加造孔劑法、有機(jī)泡沫浸漬法、發(fā)泡法等。專利US4448896A公布了一種添加炭黑粉末造孔燒結(jié)氧化鋁陶瓷的方法，使用該方法得到的樣品孔徑分布彌散，添加造孔劑法得到的泡沫陶瓷通常具有相對(duì)不高的孔隙率(低于50%);專利CN201310539992.0采用聚氨酯有機(jī)泡沫浸漬法制備泡沫陶瓷，該方法得到的泡沫陶瓷孔徑和孔隙率取決于有機(jī)泡沫本身，而在燒結(jié)過程中存在有機(jī)體系，不可避免地會(huì)產(chǎn)生有毒氣體；發(fā)泡法可以簡(jiǎn)單有效地制備高孔隙率的多孔氧化鋁陶瓷，目前，典型的直接發(fā)泡方法是將氣體引入懸浮液或液體介質(zhì)中來產(chǎn)生多孔泡沫再固化后燒結(jié)，如K.Prabhakaran等人非專利文獻(xiàn)(J.Am.Ceram.Soc.2005,88,2600-2603)采用填充氧化鋁粉末的蔗糖樹脂漿料進(jìn)行發(fā)泡，得到孔隙率93.5-96.7%的氧化鋁泡沫陶瓷，發(fā)泡法具有工藝簡(jiǎn)單、成本較低的特點(diǎn)，但濕泡沫系統(tǒng)的熱力學(xué)不穩(wěn)定性會(huì)使小氣泡兼并形成大氣泡來降低系統(tǒng)自由能，造成孔徑大小不均勻，導(dǎo)致其在實(shí)際使用中難以達(dá)到預(yù)期效果，同時(shí)制漿、脫模、干燥等制備工序耗時(shí)較長(zhǎng)。發(fā)明內(nèi)容[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種發(fā)泡制備高孔隙率多孔氧化鋁泡沫陶瓷的方法。本方法工藝簡(jiǎn)易無毒，得到的產(chǎn)品具有較為均勻的孔徑、高孔隙率和低體積密度，同時(shí)低導(dǎo)熱系數(shù)使之具有成為高效隔熱保溫材料的應(yīng)用前景。[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：[0007](2)將上述粉體混合物放置于反應(yīng)爐中，通入惰性氣氛作為保護(hù)氣，隨后以25℃/min的升溫速率從常溫升至160℃,以4℃/min的升溫速率從160℃升至400℃,以20℃/min的升溫速率從400℃升至600℃,冷卻后得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料；[0008](3)將上述復(fù)合材料在高溫下通入水汽除去碳或者在含氧氣氛下除碳，得到氧化鋁泡沫陶瓷前驅(qū)體；[0009](4)將上述得到的前驅(qū)體在含氧氣氛下高溫?zé)Y(jié)，得到高孔隙率的氧化鋁泡沫陶[0010]本發(fā)明中，步驟(1)中的糖是蔗糖和葡萄糖中任一者或二者的組合，助燒劑是氧化4[0012]本發(fā)明中，步驟(1)中氧化鋁粉末的粒徑為0.1-10μm。優(yōu)選氮?dú)?。[0014]本發(fā)明中，步驟(3)中水汽除碳溫度為750-1150℃,保溫10-60min,水汽是通過注[0015]本發(fā)明中，步驟(4)中燒結(jié)溫度為1300-1600℃,燒結(jié)時(shí)間為30-240min。[0016]本發(fā)明的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：[0017]1)采用簡(jiǎn)單無毒的工藝路線，對(duì)設(shè)備要求低，發(fā)泡時(shí)間短，可實(shí)現(xiàn)的宏量制備。[0018]2)熔融的糖形成高分子鏈聚合起到很好的粘結(jié)作用，惰性氣氛下避免了氧氣對(duì)糖的聚合的抑制，同時(shí)熔融的尿素有利于混合物的均勻分布，氯化銨等發(fā)泡劑分解釋放氣體形成氣泡從而簡(jiǎn)單、穩(wěn)定且有效地構(gòu)建了三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體。[0019]3)采用多種不同熔點(diǎn)和分解溫度的發(fā)泡劑，在發(fā)泡程序中可以通過不同的升溫速率程序和多種物料帶來的較多成核點(diǎn)，從而減少了小氣泡兼并成較大氣泡的可能，使得泡沫具有較為綿密均勻的孔容、孔徑和孔分布。[0020]4)得到的氧化鋁泡沫陶瓷結(jié)構(gòu)均勻完整，在本申請(qǐng)權(quán)利要求規(guī)定范圍內(nèi)的工藝參數(shù)的變化對(duì)產(chǎn)品的性能影響較小，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性。[0021]5)本發(fā)明提供的氧化鋁泡沫陶瓷具有高孔隙率、低體積密度和低導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)，在隔熱保溫領(lǐng)域具有優(yōu)異的性能。附圖說明[0022]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1得到的多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料和氧化鋁泡沫陶瓷燒結(jié)后的光學(xué)照片。[0023]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1得到的氧化鋁泡沫陶瓷研磨后的X射線衍射譜圖。[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1得到的氧化鋁泡沫陶瓷斷裂面的掃描電子顯微鏡照片。[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1得到的氧化鋁泡沫陶瓷的溫升曲線。具體實(shí)施方式[0026]下面結(jié)合附圖并通過具體的實(shí)施例進(jìn)一步介紹本發(fā)明，但實(shí)施例僅為說明而并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。[0028](1)將0.75克的氯化銨和0.15克的尿素混合研磨后加入1克的蔗糖、0.8克的～0.2μm粒徑的氧化鋁粉末、相近粒徑的氧化硅粉末和氧化鎂粉末共0.03克作為助燒劑混合研磨，得到白色的混合粉體；(2)將混合粉體置于管式爐中，排空后在60sccm的氮?dú)鈿夥障孪纫?5℃/min的升溫速率從常溫升至160℃,在160℃至400℃的溫度區(qū)間內(nèi)以4℃/min的速率升溫，隨后以20℃/min的升溫速率升溫至600℃進(jìn)一步完全分解發(fā)泡劑，再以2℃/min的降溫速率降至500℃,然后自然冷卻得到多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料；(3)將上述復(fù)合材料置于管式爐中，在60sccm的氮?dú)夥諊录訜嶂?050℃,隨后在10min的保溫時(shí)間內(nèi)勻速注射高溫水5汽6mL,保溫結(jié)束后自然冷卻至室溫，得到白色的氧化鋁前驅(qū)體；(4)將上述步驟得到的氧化鋁前驅(qū)體干燥后置于干燥空氣的管式爐中，在850℃以上時(shí)以2℃/min的升溫速率加熱至1400℃并保溫150min得到氧化鋁泡沫陶瓷。[0029]上述實(shí)施例1所得到的多孔碳/氧化鋁復(fù)合材料宏觀表現(xiàn)為黑色碳包覆的多孔氧化鋁(圖1中左圖),除碳燒結(jié)后得到了白色輕質(zhì)多孔泡沫狀結(jié)構(gòu)(圖1中右圖),其研磨后粉體的X射線衍射譜圖(圖2)中樣品的特征峰與a-氧化鋁標(biāo)準(zhǔn)卡片(PDF#10-0173)的特征峰幾乎完全對(duì)應(yīng)，表明了氧化鋁的高結(jié)晶度和純度；樣品斷裂面處的掃描電子顯微鏡照片(圖3)展現(xiàn)了氧化鋁泡沫陶瓷的三維骨架結(jié)構(gòu)，具有較多的100-150μm孔徑的大孔。[0030]采用阿基米德原理的靜力稱量法計(jì)算出樣品的孔隙率為98.1%,基于瞬態(tài)平面熱源法通過導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀得出氧化鋁泡沫陶瓷樣品的溫升曲線(圖4),根據(jù)溫升曲線對(duì)傳熱進(jìn)行擬合，得到樣品常溫下的導(dǎo)熱系數(shù)為0.0457W/(mK),具有高效的隔熱保溫性能。[0032]將實(shí)施例1步驟(3)中制備氧化鋁前驅(qū)體的步驟改為850℃下空氣中保溫30min,其它各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到的氧化鋁泡沫陶瓷具有96.6%的孔隙率和常溫下0.0565W/(mK)的導(dǎo)熱系數(shù)。[0034]將實(shí)施例1步驟(1)中的氧化鋁改為1克~2μm粒徑的粉末，助燒劑粒徑改為～2μm,步驟(4)中燒結(jié)溫度改為1450℃,保溫時(shí)間改為120min,其它各項(xiàng)操作均與實(shí)施例1相同，得到的氧化鋁泡沫陶瓷具有98.3%的孔隙率和常溫下0.0378W/(mK)的導(dǎo)熱系數(shù)。[0036]將實(shí)施例1步驟(1)中氧化鋁改為1.2克~5-6μm粒徑的粉末，助燒劑選取粒徑相近的粉末，步驟(4)中燒結(jié)溫度改為1500℃,其它各項(xiàng)操作均與實(shí)施例3相同，得到的氧化鋁泡沫陶瓷具有95.0%的孔隙率為和常溫下0.0662W/(mK)的導(dǎo)熱系數(shù)。[0038]將實(shí)施例3中步驟(1)中氯化銨改為0.6克，尿素改為0.12克，蔗糖改為0.8克，步驟(3)中水汽注射量改為5