一种高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法【技术领域】，具体涉及一种高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法。[0002]现有无机薄膜虽然制备方法较为多样，种类也较丰富，但其本身脆性较大，在应用过程中很难单独承受施加在其上的压力，必须依附一定的载体方能实现其应用。陶瓷支撑体就是在这种环境条件下发展起来的，由于应用过程中，处理水量的要求施加在其上的压力一般都较大，可达几十兆帕，因此要求陶瓷支撑体具有较高的机械强度，对于管式陶瓷支撑体来说，其必须具备足够的抗折强度。[0003]目前商品化的陶瓷膜支撑体多采用平均粒径为30~40 μ m的高纯Al2O3，在高于1700°C烧结，以获得高强度和高渗透性能相统一的支撑体。而过高的烧结温度是造成目前陶瓷支撑体高成本的主要原因之一。[0004]现有方法中，对提高管式陶瓷支撑体的抗折强度的研究较少，理论也不成熟；对降低致密Al2O3陶瓷烧结温度的主要方法是以纳米尺度的Al2O3为骨料，添加能够与Al2O3形成固溶体的物质(如TiO2等)和添加能够与Al2O3形成液相的物质(如高岭土和石英等)。由于液相烧结机理可以显著降低Al2O3的烧结温度，且液相含量越高，Al2O3烧结的致密化速率也越快，这使利用添加剂在高温下形成液相促进氧化铝烧结的方法得到重视。
[0005]本发明的目的是提供高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法，通过添加烧结助剂降低支撑体的烧结温度，并提高其抗折强度。[0006]本发明所采用的技术方案是，一种高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0007]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；
[0008]步骤2，制备泥料；
[0009]步骤3，陈化，将步骤2中得到的泥料进行陈化；
[0010]步骤4，成型，将步骤3中陈化后的泥料制成一定形状的素坯；
[0011]步骤5，烧结，将步骤4中制成的素坯放入烧结设备中进行烧结，得到高抗折强度陶瓷管支撑体。
[0012]本发明的特点还在于，
[0013]其中，步骤I具体按照以下步骤实施:
[0014]步骤1.1，按照以下配方称取原料:
[0015]骨料90.5-92 %，成孔剂3 %~4%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ；[0016]骨料为三氧化二铝；
[0017]成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；
[0018]烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1: 1.5~2:3~5 ;
[0019]步骤1.2，将步骤1.1中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0020]其中，骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。
[0021]其中，步骤2具体按照以下步骤实施:
[0022]步骤2.1，将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9 ~10 ;
[0023]步骤2.2，将步骤2.1中的混合物用精密增力电动搅拌器搅拌50-70分钟，搅拌的速度为1000-1500转/分钟；
[0024]步骤2.3，将步骤2.2的产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌35-45分钟，使混合物的含水率达到25~28%。
[0025]其中，步骤3的具体方法是:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化20~24小时。
[0026]其中，步骤4的具体按照以下步骤实施: [0027]步骤4.1，将步骤3陈化后的泥料取出25~26g，将泥料均匀的裹在直径为6~8_、长度为17~19cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；
[0028]步骤4.2，将步骤4.1得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管状泥料坯；
[0029]步骤4.3，将步骤4.2中的管状泥料坯置于生化培养箱中在20~22°C下干燥48-50h，得到管式陶瓷素坯。
[0030]其中，步骤5的具体步骤是:
[0031]步骤5.1，将步骤4.3得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结；
[0032]步骤5.2，将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。
[0033]其中，烧结制度为，以2~5°C /min的升温速率升温至1100~1200°C的，烧结时间为6~IOh。
[0034]本发明的有益效果是，本发明在CuCHTiO2的基础上添加Zn，并且通过陈化、成型、烧结等步骤的改进，使得本方法在制备管式陶瓷支撑体时，不但降低了管式陶瓷支撑体的烧结温度，而且大大提高了其抗折强度。



[0035]图1是本发明高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法制备出的的陶瓷支撑体表面的扫描电镜图；
[0036]图2是本发明高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法制备出的的陶瓷支撑体的X射线衍射图。

[0037]下面结合附图和对本发明进行详细说明。[0038]本发明一种高抗折强度陶瓷管支撑体的制备方法，具体按照以下步骤实施:
[0039]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；
[0040]步骤1.1，按照以下配方称取原料:
[0041]骨料90.5-92 %，成孔剂3 %~4%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ；
[0042]骨料为三氧化二铝；
[0043]成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；
[0044]烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物,三者的比例为1: 1.5~2:3~5。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。
[0045]步骤1.2，将步骤1.1中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0046]步骤2，制备泥料；
[0047]步骤2.1，将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9 ~10 ;
[0048]步骤2.2，将步骤2.1中的混合物用精密增力电动搅拌器搅拌50-70分钟，搅拌的速度为1000-1500转/分钟
[0049]步骤2.3，将步骤2.2的产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌35-45分钟，使混合物的含水率达到25~28%。
[0050]步骤3，陈化，将步骤2中得到的泥料进行陈化；
[0051]具体方法为:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化20~24小时。
[0052]步骤4，成型，将步骤3中陈化后的泥料制成一定形状的素坯；
[0053]步骤4.1，将步骤3陈化后的泥料取出25-26g，将泥料均匀的裹在直径为6~8mm、长度为17~19cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；
[0054]步骤4.2，将步骤4.1得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管式泥料坯；
[0055]步骤4.3，将步骤4.2中的管状泥料坯置于生化培养箱中在20_22 °C下干燥48-50h，得到管式陶瓷素坯。
[0056]步骤5，烧结，将步骤4中制成的素坯放入烧结设备中进行烧结，得到高抗折强度陶瓷管支撑体。
[0057]步骤5.1，将步骤4.3得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。
[0058]步骤5.2，将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。
[0059]烧结制度为，以2~5°C /min的升温速率升温至1100~1200°C的，烧结时间为6 ~IOh0
[0060]图1为添加Cu0+Ti02+Zn含量分别为1.5g、3g、lg的扫描电镜图与X射线衍射图，添加Ti02在1100°C烧成后，使支撑体的微观结构表面光滑，这是因为生成了 A12Ti05，使粒径变大，加速了烧结；添加CuO、Zn使样品以液相湿润作用促进烧结，生成了氧化铝合铜、钛铜以及氧化铜，所以支撑体的微观结构有许多大的凸起形状。[0061]图2为添加Cu0+Ti02+Zn含量分别为1.5g、3g、lg支撑体的X射线衍射图。从图中可以看出，1100°c烧成后，经XRD衍射，支撑体主要相的成分是刚玉相(Al2O3),锐钦矿(Titanium Oxide)、氧化招合铜(Copper Aluminum Oxide)、Al2TiO5、钦铜(CopperTitanium)、氧化铜(Copper Oxide)。烧成后支撑体含有晶型稳定的刚玉相、Al2TiO5、氧化铜等，使支撑体的机械强度得到提闻。
[0062]原有的只添加CuO-TiO2后机械强度为55.82MPa，而本发明的制备方法中，添加CuO-TiO2-Zn 后机械强度为 78.76MPa。
[0063]本发明一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体的制备方法，其各个步骤的特点和作用是:
[0064](I)原料的选择，本实验选用的烧结助剂为CuO-TiO2-Zn,在使用CuO-TiO2-Zn复合助剂低温烧结氧化铝陶瓷过程中，因为CuO与TiO2不会发生反应，主要是以CuO产生的液相烧结和TiO2固相烧结完成氧化铝陶瓷的致密化，锌的熔点较低，419.5°C，也可以较早的产生液相促进支撑体的烧结。
[0065](2)陈化的目的，促使水分布均匀，这不但可以改善原料的成型性能，而且可以改善原料的干燥性能，提高制成品质量。陈化时应力求密封，不要敞开。如果敞开会使团块表皮水分蒸发，造成内、外水分不均匀。
[0066](3)成型后的素坯是放于生化培养箱中，干燥48_50h ;确定合理的干燥制度是有助于缩短生产周期，比如在一定的温度和湿度下干燥等，这样的干燥制度有助于进一步的
结合 ?
[0067](4)坯体成型后要经过烧结以使坯体具有足够的机械强度，在高温下，坯体中粉料颗粒释放表面能形成晶界，由于扩散、蒸发、凝聚等传质作用，发生晶界移动和晶界的减少，以及颗粒间气孔的排除，从而导致小颗粒减少，在此过程中坯体将会出现收缩。由于许多颗粒同时长大，一定时间后必然相互紧密堆积成多个多边形聚合体，形成瓷坯的组织结构。要考虑到基体的强度和孔隙率、孔径大小等之间的矛盾，合适的干燥和烧结制度可以避免坯体出现裂纹、塌方甚至断裂的现象。
[0068]实施例1
[0069]制备一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体，具体按照以下步骤实施:
[0070]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；具体步骤是:
[0071]首先，按照以下配方称取原料:
[0072]骨料90.5%，成孔剂3%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ;骨料为三氧化二铝；成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1:1.5:3。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。将以上步骤中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0073]步骤2，制备泥料:先将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9 ;再将混合物用精密增力电动搅拌器搅拌50分钟，搅拌的速度为1000转/分钟。然后将步骤2.2的产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌35分钟，使混合物的含水率达到25%。
[0074]步骤3，陈化:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化20小时。
[0075]步骤4，成型:首先，将步骤3陈化后的泥料取出25g，将泥料均匀的裹在直径为6_、长度为17cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；然后，将得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管状泥料坯；最后再将管状泥料坯置于生化培养箱中在20°C下干燥48h，得到管式陶瓷素坯。
[0076]步骤5，烧结，将步骤4.3得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。然后将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。其中，烧结制度为，以2V /min的升温速率升温至1100°C的，烧结时间为6h。
[0077]实施例2
[0078]制备一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体，具体按照以下步骤实施:
[0079]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；具体步骤是:
[0080]首先，按照以下配方称取原料:
[0081]骨料92%，成孔剂4%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ;骨料为三氧化二铝；成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1:2:5。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。将以上步骤中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0082]步骤2，制备泥料:先将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:10 ;再将混合物用精密增力电动搅拌器搅拌70分钟，搅拌的速度为1500转/分钟。然后将产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌40分钟，使混合物的含水率达到28%。
[0083]步骤3，陈化:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化24小时。
[0084]步骤4，成型:首先，将步骤3陈化后的泥料取出26g，将泥料均匀的裹在直径为8_、长度为19cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；然后，将得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管状泥料坯；最后再将管状泥料坯置于生化培养箱中在22°C下干燥50h，得到管式陶瓷素坯。
[0085]步骤5，烧结，将步骤4中得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。然后将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。其中，烧结制度为，以5°C /min的升温速率升温至1200°C的，烧结时间为10h。
[0086]实施例3
[0087]制备一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体，具体按照以下步骤实施:
[0088]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；具体步骤是:
[0089]首先，按照以下配方称取原料:
[0090]骨料91%，成孔剂3.5%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ;骨料为三氧化二铝；成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1:1.8:4。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。将以上步骤中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。[0091]步骤2，制备泥料:先将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9.5 ;再将步骤2.1中的混合物用精密增力电动搅拌器搅拌60分钟，搅拌的速度为1200转/分钟。然后将产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌40分钟，使混合物的含水率达到26%。
[0092]步骤3，陈化:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化22小时。
[0093]步骤4，成型:首先，将步骤3陈化后的泥料 取出25.5g，将泥料均匀的裹在直径为7_、长度为18cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；然后，将得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管状泥料坯；最后再将管状泥料坯置于生化培养箱中在21°C下干燥49h，得到管式陶瓷素坯。
[0094]步骤5，烧结，将步骤4.3得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。然后将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。其中，烧结制度为，以3°C /min的升温速率升温至1150°C的，烧结时间为8h。
[0095]实施例4
[0096]制备一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体，具体按照以下步骤实施:
[0097]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；具体步骤是:
[0098]首先，按照以下配方称取原料:
[0099]骨料91.5%，成孔剂4%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ;骨料为三氧化二铝；成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1:1.5:4。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。将以上步骤中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0100]步骤2，制备泥料:先将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9~10 ;再将步骤2.1中的混合物用精密增力电动搅拌器搅拌50分钟，搅拌的速度为1500转/分钟。然后将产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌40分钟，使混合物的含水率达到27%。
[0101]步骤3，陈化:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化23小时。
[0102]步骤4，成型:首先，将步骤3陈化后的泥料取出26g，将泥料均匀的裹在直径为6_、长度为19cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；然后，将步骤4.1得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管式泥料坯；最后再将步骤4.2中的管状泥料坯置于生化培养箱中在22°C下干燥49h，得到管式陶瓷素坯。
[0103]步骤5，烧结，将步骤4.3得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。然后将烧结完成的产品自然冷却至室温，得到陶瓷管式支撑体。其中，烧结制度为，以4°C /min的升温速率升温至1100°C的，烧结时间为8h。
[0104]实施例5
[0105]制备一种高抗折强度的管式陶瓷支撑体，具体按照以下步骤实施:
[0106]步骤1，称取原料并混合，按照配方称取骨料、成孔剂和烧结助剂，并混合，得到粉料；具体步骤是:[0107]首先，按照以下配方称取原料:
[0108]骨料92%，成孔剂4%，其余为烧结助剂，三种组份的含量之和为100% ;骨料为三氧化二铝；成孔剂为羧甲基纤维素或者聚乙烯醇；烧结助剂为锌粉、氧化铜和氧化钛的混合物，三者的比例为1:2:5。骨料、成孔剂和烧结助剂的粒径为30~40 μ m。将以上步骤中称取的各种原料混合均匀，得到粉料。
[0109]步骤2，制备泥料:先将步骤I中混合好的粉料与蒸馏水混合，且粉料和蒸馏水的质量比为20:9 ;再将混合物用精密增力电动搅拌器搅拌50-70分钟，搅拌的速度为1500转/分钟。然后将步骤2.2的产物置于集热式恒温加热磁力搅拌器中加热搅拌42分钟，使混合物的含水率达到26%。
[0110]步骤3，陈化:将步骤2中得到的均匀的泥料制备成为均匀的团状后置于容器中，用保鲜膜封口，陈化22小时。
[0111]步骤4，成型:首先，将步骤3陈化后的泥料取出26g，将泥料均匀的裹在直径为8_、长度为19cm的木质棒针上，然后通过滚压成型的方式，使其成为表面均匀的圆柱体泥料坯；然后，将步骤4.1得到的圆柱体泥料坯中的木质棒针抽出，制成管式泥料坯；最后再将步骤4.2中的管状泥料坯置于生化培养箱中在20°C下干燥48h，得到管式陶瓷素坯。
[0112]步骤5，烧结，将步骤4得到的管式陶瓷素坯置于马弗炉中在一定的烧结制度下烧结。然后将烧结完成的产品自然冷却至室温，即得到陶瓷管式支撑体。其中，烧结制度为，以5°C /min的升温速率升温至1200°C的，烧结时间为10h。
[0113]上述5个实施例所制备的管式陶瓷支撑体的性能参数如表1所示:
[0114]表1管式陶瓷支撑体的性能参数