一种多孔陶瓷组合物及其制备方法与流程

1.本发明涉及陶瓷材料技术领域，具体涉及一种多孔陶瓷组合物及其制备方法。


背景技术：

2.电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，有着与卷烟一样的外观、烟雾、味道和感觉，是通过雾化等手段，将烟油变成蒸汽后，让使用者吸食的一种产品。
3.电子烟雾化器芯是电子烟的核心部件，它决定了电子烟产生烟雾量的大小、口感等。传统的电子烟雾化器芯以不锈钢材料作为主体材料，内部以导油棉和发热丝构成雾化内仓，而导油棉雾化器芯带来的问题是，雾化器易糊味，整体口感差，使用寿命短等缺陷；虽然现在开始采用多孔陶瓷组合物作为雾化部件，但是现有的多孔陶瓷在装配时容易破损和掉粉，而掉粉会影响烟雾口感，此外，此类多孔陶瓷与金属发热线路的结合力差，容易导致金属发热线路与陶瓷基体脱离而产生糊味，导致产品使用寿命大大缩短，也极大地影响了用户使用体验，而且糊味会产生某些有害气凝胶，对用户的身体健康造成损害。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种多孔陶瓷组合物，该多孔陶瓷组合物具有很好的抗折强度、耐化学腐蚀性能、具备杀菌消毒功能，而所采用的无机骨架晶须可形成网络结构，为整个多孔陶瓷组合物瓷提供网状支撑，粘接剂分布在陶瓷骨粉和莫来石的四周，在高温下融化，将陶瓷骨粉和莫来石粘结在一起形成牢固的网状结构，使多孔陶瓷组合物结构更牢固，从而达到降低收缩率的效果，提高烟油的雾化率，增大烟雾量，提升了使用者的体验感。
5.本发明的另一目的在于提供一种多孔陶瓷组合物的制备方法，该制备方法简单高效，操作控制方便，生产的产品质量高，成本低，利于工业化生产。
6.本发明的目的通过下述技术方案实现：一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉30
‑
50份、莫来石20
‑
30份、造孔剂4
‑
8份、分散剂0.5
‑
2.5份、促烧剂6
‑
10份、粘接剂1
‑
5份、纳米银1
‑
5份和无机骨架晶须10
‑
20份。
7.优选的，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉30
‑
40份、莫来石20
‑
30份、造孔剂4
‑
8份、分散剂0.5
‑
2.5份、促烧剂6
‑
10份、粘接剂1
‑
5份、纳米银1
‑
5份和无机骨架晶须10
‑
15份。
8.本发明中的多孔陶瓷组合物具有很好的抗折强度、具备杀菌消毒功能，而所采用的无机骨架晶须可形成网络结构，为整个多孔陶瓷组合物瓷提供网状支撑，粘接剂分布在陶瓷骨粉和莫来石的四周，在高温下融化，将陶瓷骨粉和莫来石粘结在一起形成牢固的网状结构，使多孔陶瓷组合物结构更牢固，从而达到降低收缩率的效果，提高烟油的雾化率，增大烟雾量，提升了使用者的体验感；其中，多孔陶瓷组合物的原料中加入陶瓷骨粉、莫来石、造孔剂和促烧剂混合制得的多孔陶瓷组合物具有较高的空隙率，孔隙分布均匀的优点，使高温烧结得到的多孔陶瓷组合物强度更好，可减少漏油风险，也不易氧化；而其中采用的分散剂和粘接剂可以提升造孔剂在陶瓷粉和玻璃粉中的分散作用，进而解决了以往造孔剂
分散性差，导致利用其制备获得的多孔陶瓷组合物孔隙分布均匀性差的问题，使烧结出来的多孔陶瓷组合物具有较好的强度，孔径和孔隙率可调的多孔陶瓷，同时便于料浆固化脱模，成型效率高；另外通过添加纳米银耐化学腐蚀性能也克服了雾化芯所采用多孔陶瓷组合物不具备杀菌消毒功能的缺陷，很好的克服了现有技术中存在的缺陷。
9.优选的，所述陶瓷骨粉的形状为片状、板状、管状或网状陶瓷骨粉中的一种。所述陶瓷骨粉为α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆、石英砂和玻璃粉中的至少一种。更优选的，所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.4
‑
0.8:0.1
‑
0.5:0.6
‑
1.0:0.8
‑
1.2:0.4
‑
0.8组成的混合物。
10.本发明的陶瓷骨粉中通过添加石英砂与玻璃粉以提高多孔陶瓷组合物的抗折强度，解决了现有技术方案的多孔陶瓷强度较差，在装配时多孔陶瓷容易破损和掉粉，以及多孔陶瓷与金属发热线路的结合力差的问题；其中，纳米氧化锆可在α
‑
氧化铝颗粒间形成氧化锆三维网络结构以固定氧化铝颗粒，减少玻璃相的形成，同时构成三维网络结构的氧化钇稳定氧化锆，具有较高的耐化学腐蚀性能；另外，α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉均具有坚固、耐磨、耐高温、来源广泛，成本低廉的优点，可确保多孔陶瓷组合物的强度和韧性。
11.优选的，所述粘接剂为羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、蜂蜡、棕榈蜡、聚乙烯中的至少一种。更优选的，所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.4
‑
0.8:0.6
‑
1.0:0.1
‑
0.5组成的混合物。
12.本发明的粘结剂具有粘结强度高、固化速度快、环保、使用方便等优点，将其添加到多孔导电陶瓷材料的原料中可进一步提升多孔陶瓷组合物的综合性能。
13.优选的，所述造孔剂为聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、聚氨酯微球、聚丙烯微球、聚氯乙烯微球、碳粉、炭粉、碳酸盐、硝酸盐、干凝胶和吸涨树脂中的至少两种。
14.本发明中通过采用上述特定原料组成的造孔剂可以协同各自的优异性能，使烧结出来的多孔陶瓷组合物具有较好的强度，以及较高的空隙率，孔隙尺寸小、分布均匀的优点，可以避免多孔陶瓷组合物烧结时出现更小尺寸的孔，使得烧结得到的多孔陶瓷组合物物相的烧结连续结构不会被过多小孔打断，另外形成的气孔多是柱状气孔，空隙率较高，多孔陶瓷组合物因柱状气孔结构也增强了其结合性。
15.优选的，所述分散剂为油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇和吐温表面活性剂中的至少两种。更优选的，所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.4
‑
0.8:0.6
‑
1.0:0.8
‑
1.2:0.4
‑
0.8组成的混合物
16.本发明中采用的上述混合分散剂可有效解决以往造孔剂分散性差，导致利用其制备获得的多孔陶瓷组合物的孔隙分布均匀性差、尺寸较大的问题。
17.优选的，所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.4
‑
0.8:0.6
‑
1.0:0.8
‑
1.2:0.1
‑
0.5组成的混合物。而所采用的上述混合促烧剂可促进多孔陶瓷组合物致密化的作用。
18.优选的，所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.6
‑
1.0:0.4
‑
0.8:0.1
‑
0.5:0.8
‑
1.2组成的混合物。
19.本发明中采用的上述无机骨架晶须混合物具有高强度的须状晶体，具有较好的断
裂韧性、优异的耐高温蠕变性能、均一的强度以及较高的耐磨损性和耐腐蚀性，无机骨架晶须采用由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.6
‑
1.0:0.4
‑
0.8:0.1
‑
0.5:0.8
‑
1.2组成的混合物可，以增强多孔陶瓷组合物的强度以及韧性，为多孔陶瓷组合物提供支撑结构，使制得的多孔陶瓷组合物不易变形，且维持低收缩率。
20.本发明还提供了一种多孔陶瓷组合物的制备方法，所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
21.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于300
‑
400℃的温度下密炼2
‑
4h，得到混合物a，备用；
22.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至120
‑
200℃搅拌1
‑
3h，得到浆料，备用；
23.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于200
‑
400℃的温度下，施以50
‑
80mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
24.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
25.s5、将陶瓷素坯置于温度为1000
‑
1400℃烧结炉中烧结60
‑
120min，得到多孔陶瓷组合物。
26.本发明中的多孔陶瓷组合物通过采用上述方法制得，而利用上述方法制得多孔陶瓷组合物具有很好的抗折强度、耐化学腐蚀性能、具备杀菌消毒功能，而所采用的无机骨架晶须可形成网络结构，为整个多孔陶瓷组合物瓷提供网状支撑，粘接剂分布在陶瓷骨粉和莫来石的四周，在高温下融化，将陶瓷骨粉和莫来石粘结在一起形成牢固的网状结构，使多孔陶瓷组合物结构更牢固，从而达到降低收缩率的效果，提高烟油的雾化率，增大烟雾量，提升了使用者的体验感。
27.本发明的有益效果在于：本发明的多孔陶瓷组合物具有很好的抗折强度、耐化学腐蚀性能、具备杀菌消毒功能，而所采用的无机骨架晶须可形成网络结构，为整个多孔陶瓷组合物瓷提供网状支撑，粘接剂分布在陶瓷骨粉和莫来石的四周，在高温下融化，将陶瓷骨粉和莫来石粘结在一起形成牢固的网状结构，使多孔陶瓷组合物结构更牢固，从而达到降低收缩率的效果，提高烟油的雾化率，增大烟雾量，提升了使用者的体验感。
28.本发明的多孔陶瓷组合物的制备方法简单高效，操作控制方便，生产的产品质量高，成本低，利于工业化生产。
具体实施方式
29.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
30.实施例1
31.一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉30份、莫来石20份、造孔剂4份、分散剂0.5份、促烧剂6份、粘接剂1份、纳米银1份和无机骨架晶须10份。
32.所述陶瓷骨粉的形状为片状。
33.所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.4:0.1:0.6:0.8:0.4组成的混合物。
34.所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.4:0.6:0.1组
成的混合物。
35.所述造孔剂是由聚苯乙烯微球和聚甲基丙烯酸甲酯微球按照重量比为0.4:0.6组成的混合物；聚苯乙烯微球采用东莞市锦恒塑料有限公司生产的货号为ps
‑
350的聚苯乙烯微球，聚甲基丙烯酸甲酯微球采用上海汕塑贸易有限公司销售的牌号为8n的pmma。
36.所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.4:0.6:0.8:0.4组成的混合物。
37.所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.4:0.6:0.8:0.1组成的混合物。
38.所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.6:0.4:0.1:0.8组成的混合物。
39.所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
40.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于300℃的温度下密炼2h，得到混合物a，备用；
41.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至120℃搅拌1h，得到浆料，备用；
42.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于200℃的温度下，施以50mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
43.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
44.s5、将陶瓷素坯置于温度为1000℃烧结炉中烧结60min，得到多孔陶瓷组合物。
45.实施例2
46.一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉35份、莫来石23份、造孔剂5份、分散剂1.0份、促烧剂7份、粘接剂2份、纳米银2份和无机骨架晶须13份。
47.所述陶瓷骨粉的形状为板状。
48.所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.5:0.2:0.7:0.9:0.5组成的混合物。
49.所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.5:0.7:0.2组成的混合物。
50.所述造孔剂是由聚氨酯微球和聚丙烯微球按照重量比为0.58:0.7组成的混合物；聚氨酯微球采用东莞市锦恒塑料有限公司生产的聚氨酯微球，聚丙烯微球采用北京海岸鸿蒙生产的。
51.所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.5:0.7:0.9:0.5组成的混合物。
52.所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.5:0.7:0.9:0.2组成的混合物。
53.所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.7:0.5:0.2:0.9组成的混合物。
54.所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
55.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于325℃的温度下密炼2.5h，得到混合物a，备用；
56.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至140℃搅拌1.5h，得到浆料，备用；
57.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于250℃的温度下，施以57mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
58.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
59.s5、将陶瓷素坯置于温度为1100℃烧结炉中烧结75min，得到多孔陶瓷组合物。
60.实施例3
61.一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉40份、莫来石25份、造孔剂6份、分散剂1.5份、促烧剂8份、粘接剂3份、纳米银3份和无机骨架晶须15份。
62.所述陶瓷骨粉的形状为管状。
63.所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.6:0.3:0.8:1.0:0.6组成的混合物。
64.所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.6:0.8:0.3组成的混合物。
65.所述造孔剂是由聚氯乙烯微球和碳粉按照重量比为0.6:0.8组成的混合物；聚氯乙烯微球采用阿拉丁生产的聚氯乙烯微球。
66.所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.6:0.8:1.0:0.6组成的混合物。
67.所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.6:0.8:1.0:0.3组成的混合物。
68.所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.8:0.6:0.3:1.0组成的混合物。
69.所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
70.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于350℃的温度下密炼3.0h，得到混合物a，备用；
71.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至160℃搅拌2.0h，得到浆料，备用；
72.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于300℃的温度下，施以65mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
73.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
74.s5、将陶瓷素坯置于温度为1200℃烧结炉中烧结90min，得到多孔陶瓷组合物。
75.实施例4
76.一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉45份、莫来石28份、造孔剂7份、分散剂2.0份、促烧剂9份、粘接剂4份、纳米银4份和无机骨架晶须18份。
77.所述陶瓷骨粉的形状为网状陶瓷骨粉。
78.所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.7:0.4:0.9:1.1:0.7组成的混合物。
79.所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.7:0.9:0.4组成的混合物。
80.所述造孔剂是由干凝胶和吸涨树脂按照重量比为0.7:0.9组成的混合物；吸涨树脂采用旭创化工高氯化聚乙烯树脂。
81.所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.7:0.9:1.1:0.7组成的混合物。
82.所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.7:0.9:1.1:0.4组成的混合物。
83.所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为0.9:0.7:0.4:1.1组成的混合物。
84.所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
85.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于375℃的温度下密炼3.5h，得到混合物a，备用；
86.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至180℃搅拌2.5h，得到浆料，备用；
87.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于350℃的温度下，施以73mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
88.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
89.s5、将陶瓷素坯置于温度为1300℃烧结炉中烧结105min，得到多孔陶瓷组合物。
90.实施例5
91.一种多孔陶瓷组合物，包括如下重量份的原料：陶瓷骨粉50份、莫来石30份、造孔剂8份、分散剂2.5份、促烧剂10份、粘接剂5份、纳米银5份和无机骨架晶须20份。
92.所述陶瓷骨粉的形状为片状。
93.所述陶瓷骨粉是由α
‑
氧化铝、黑刚玉粉、硅藻土、纳米氧化锆和玻璃粉按照重量比为0.8:0.5:1.0:1.2:0.8组成的混合物。
94.所述粘接剂是由羟丙基甲基纤维素、蜂蜡和棕榈蜡按照重量比为0.8:1.0:0.5组成的混合物。
95.所述造孔剂是由聚甲基丙烯酸甲酯微球和聚氯乙烯微球按照重量比为0.8:1.0组成的混合物；聚甲基丙烯酸甲酯微球采用上海汕塑贸易有限公司销售的牌号为8n的pmma，聚氯乙烯微球采用阿拉丁生产的聚氯乙烯微球。
96.所述分散剂是由油酸、byk110分散剂、羧甲基纤维素钠和聚乙二醇按照重量比为0.8:1.0:1.2:0.8组成的混合物。
97.所述促烧剂是由氧化钠、氧化钙、氧化铁和硼酸盐玻璃粉按照重量比为0.8:1.0:1.2:0.5组成的混合物。
98.所述无机骨架晶须是由sic晶须、al2o3晶须、sio2晶须和aln晶须按照重量比为1.0:0.8:0.5:1.2组成的混合物。
99.所述多孔陶瓷组合物通过如下步骤制得：
100.s1、按照重量份，称取陶瓷骨粉、莫来石、纳米银、造孔剂、促烧剂加入密炼机中于400℃的温度下密炼4h，得到混合物a，备用；
101.s2、按照重量份，称取粘接剂并融化，再加入分散剂混合搅拌均匀后加入步骤s1中得到的混合物a中加热至200℃搅拌3h，得到浆料，备用；
102.s3、将无机骨架晶须和步骤s2中得到的浆料加入注射机中于400℃的温度下，施以80mpa的压力将浆料注入到模具中成型，得到生坯；
103.s4、对生坯进行排胶处理，得到陶瓷素坯；
104.s5、将陶瓷素坯置于温度为1400℃烧结炉中烧结120min，得到多孔陶瓷组合物。
105.对比例1
106.本对比例与上述实施例1的区别在于：本对比例中没有添加无机骨架晶须，本对比例的其余内容与实施例1相同，这里不再赘述。
107.对比例2
108.本对比例与上述实施例3的区别在于：本对比例中用硼酸铵玻璃粉代替了促烧剂，本对比例的其余内容与实施例3相同，这里不再赘述。
109.对实施例1、3、5和对比例1
‑
2制得的多孔陶瓷组合物进行性能测试，测试结果如下1表所示：
110.根据阿基米德排水法测试孔隙率，以10mm*4mm的制件在相同的条件下测试吸油时间；孔径按照(采用auto pore iv 9500(micromeritics instrument corporation)测试；导热率按照(gb/t 5990
‑
2006)测试；强度按照《gbt8489
‑
2006精细陶瓷压缩强度试验方法》进行测定。
111.表1
112.项目孔隙率(％)吸油时间(s)平均孔径(um)导热率(w/(m
·
k))强度(n/mm2)实施例16020510.1183.4实施例36221520.0786.9实施例56318530.1083.9对比例17024450.1560.2对比例27525440.1875.6
113.由实施例1、实施例3和实施例5的对比可知本发明制得的孔陶瓷组合物具有较高的储油、锁油功能，以及强度和孔隙率高，热导率低等优点，由实施例1、3、5和对比例1
‑
2的对比可知，加入无机骨架晶须和促烧剂可使制得的孔陶瓷组合物具有孔隙率高、孔隙尺寸小、分布均匀的优点，具有广阔的市场前景和应用价值。
114.上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。