一种多孔陶瓷及其制备方法、气溶胶生成装置 |
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申请号 | CN202311759581.2 | 申请日 | 2023-12-19 | 公开(公告)号 | CN117923909A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
申请人 | 深圳市吉迩科技有限公司; | 发明人 | 王毅; 陈二伟; 吴孟雄; 黎飞龙; 聂革; | ||||
摘要 | 本 申请 实施例 涉及陶瓷领域,尤其涉及一种多孔陶瓷,包括陶瓷材料;按重量份计,陶瓷材料包括60~80份的 碳 化 硅 、2~5份的 氧 化 钙 、1~3份的氧化 铝 、5~10份的 硅酸 钠以及10~20份的造孔剂。本申请还涉及一种多孔陶瓷的制备方法及 气溶胶 生成装置。本申请提供的技术方案能够提升多孔陶瓷的结构强度。 | ||||||
权利要求 | 1.一种多孔陶瓷,其特征在于,所述多孔陶瓷的材料包括陶瓷材料; |
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说明书全文 | 一种多孔陶瓷及其制备方法、气溶胶生成装置技术领域[0001] 本申请涉及陶瓷技术领域,尤其涉及一种多孔陶瓷及其制备方法、气溶胶生成装置。 背景技术[0003] 基于此,本申请实施例提供一种多孔陶瓷及其制备方法、气溶胶生成装置。 [0004] 为了解决上述技术问题,本申请实施例提供一种多孔陶瓷,采用了如下所述的技术方案: [0005] 一种多孔陶瓷,所述多孔陶瓷的材料包括陶瓷材料; [0007] 进一步地,按重量份计,所述多孔陶瓷中所述陶瓷材料为50~80份;和/或,[0008] 按重量份计,所述多孔陶瓷的材料还包括3~10份的粘接剂;和/或,[0009] 按重量份计,所述多孔陶瓷的材料还包括0.5~2份的表面活性剂。 [0013] 为了解决上述技术问题,本申请实施例还提供一种多孔陶瓷的制备方法,采用了如下所述的技术方案: [0014] 一种多孔陶瓷的制备方法,包括; [0015] 将60~80份的碳化硅、2~5份的氧化钙、1~3份的氧化铝、5~10份的硅酸钠以及10~20份的造孔剂进行第一混合处理,得到陶瓷材料; [0016] 提供包含所述陶瓷材料的陶瓷浆料; [0017] 对所述陶瓷浆料进行成型处理,得到陶瓷素坯; [0018] 对所述陶瓷素坯依次进行脱脂处理和烧结处理后,得到多孔陶瓷。 [0019] 进一步地,所述提供包含所述陶瓷材料的陶瓷浆料的步骤包括: [0021] 对所述陶瓷材料、所述辅助剂和所述水溶剂进行第二混合处理,得到陶瓷浆料。 [0022] 进一步地,按重量份计,所述陶瓷材料为50~80份;和/或, [0023] 按重量份计,所述粘接剂为3~10份;和/或, [0024] 按重量份计,所述表面活性剂为0.5~2份;和/或, [0025] 按重量份计,所述水溶剂为20~50份;和/或, [0026] 所述粘接剂选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的至少一种;和/或, [0027] 所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、磺基琥珀酸单酯二钠中的至少一种。 [0028] 进一步地,所述成型处理包括喷雾造粒处理以及干压处理;所述对所述陶瓷浆料进行成型处理,得到陶瓷素坯的步骤包括: [0029] 对所述陶瓷浆料进行喷雾造粒处理,得到陶瓷造粒粉; [0030] 对所述陶瓷造粒粉进行干压处理,得到陶瓷素坯。 [0031] 进一步地,所述第一混合处理的时间为2~5h;和/或, [0032] 所述脱脂处理为以2~5℃/min的升温速率升温至1~500℃后,保温2~4h;和/或,[0033] 所述烧结处理为以2~5℃/min的升温速率升温至1000~1400℃后,保温2~4h。 [0034] 为了解决上述技术问题,本申请实施例还提供一种气溶胶生成装置,采用了如下所述的技术方案: [0035] 一种气溶胶生成装置,包括雾化芯,所述雾化芯为如上所述的多孔陶瓷、或利用如上所述的多孔陶瓷的制备方法制得的多孔陶瓷。 [0036] 与现有技术相比,本申请实施例主要有以下有益效果:本申请通过碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠的协同作用,有效提升成型的多孔陶瓷的硬度和耐磨性,从而提升多孔陶瓷的结构强度,避免多孔陶瓷出现磨损后掉粉的现象。附图说明 [0037] 为了更清楚地说明本申请的方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0038] 图1是本申请的多孔陶瓷的制备方法的流程图。 具体实施方式[0039] 除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请;本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象,而不是用于描述特定顺序。 [0040] 在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。 [0041] 本申请实施例提供一种多孔陶瓷,所述多孔陶瓷的材料包括陶瓷材料;按重量份计,所述陶瓷材料包括60~80份碳化硅、2~5份氧化钙、1~3份氧化铝、5~10份硅酸钠以及10~20份造孔剂。 [0042] 在本实施例中,碳化硅是一种硬度高、耐磨性好的材料,其作为陶瓷材料的主要成分,可显著提升制得的多孔陶瓷的硬度和耐磨性;氧化钙和氧化铝作为陶瓷材料的添加剂,一方面用于降低制备多孔陶瓷的烧结温度,提升多孔陶瓷的制备效率,另一方面用于氧化钙和氧化铝均具有高硬度和耐磨性,二者可与碳化硅成分相互作用,形成更加稳定的相态,从而进一步的增强多孔陶瓷的硬度和耐磨性;硅酸钠能够改善陶瓷材料的断裂韧性,提升制得的多孔陶瓷的抗冲击能力;造孔剂用于使成型后的多孔陶瓷具有微孔。如此,通过碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠的协同作用,有效提升成型的多孔陶瓷的硬度和耐磨性,从而提升多孔陶瓷的结构强度,避免多孔陶瓷出现磨损后掉粉的现象。 [0043] 可选的,按重量份计,所述陶瓷材料中的碳化硅选自60份、65份、70份、75份、80份中任一者或任二者所形成的范围。 [0044] 可选的,按重量份计,所述陶瓷材料中的氧化钙选自2份、3份、4份、5份中任一者或任二者所形成的范围。 [0045] 可选的,按重量份计,所述陶瓷材料中的氧化铝选自1份、2份、3份中任一者或任二者所形成的范围。 [0046] 可选的,按重量份计,所述陶瓷材料中的硅酸钠选自5份、6份、7份、8份、9份、10份中任一者或任二者所形成的范围。 [0047] 可选的,按重量份计,所述陶瓷材料中的造孔剂选自10份、12份、14份、16份、18份、20份中任一者或任二者所形成的范围。 [0048] 在一些实施例中,所述造孔剂包括淀粉、草木灰、聚乙烯微球、蔗糖、活性炭中的至少一种。 [0049] 在一些实施例中,按重量份计,所述多孔陶瓷中所述陶瓷材料为50~80份。 [0050] 可选的,按重量份计,所述多孔陶瓷中所述陶瓷材料为50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份中任一者或任二者所形成的范围。 [0051] 在一些实施例中,按重量份计,所述多孔陶瓷的材料还包括3~10份的粘接剂。粘接剂用于将在第二混合处理中分散的陶瓷材料,更好的粘接在一起,从而提升陶瓷材料的颗粒间的结合力,进而提升成型后多孔陶瓷的结构强度 [0052] 可选的,按重量份计,所述多孔陶瓷中粘接剂的材料选自3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、10份中任一者或任二者所形成的范围。 [0053] 在一些实施例中,所述粘接剂选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的至少一种。 [0054] 在一些实施例中,按重量份计,所述多孔陶瓷的材料还包括0.5~2份的表面活性剂。表面活性剂用于降低水溶剂中液体的表面张力,使得陶瓷材料中的颗粒更容易分散在水溶剂中,从而提升陶瓷材料中颗粒的分散均匀性。 [0055] 可选的,按重量份计,所述多孔陶瓷中表面活性剂的材料选自0.5份、1份、1.5份、2份中任一者或任二者所形成的范围。 [0056] 在一些实施例中,所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、磺基琥珀酸单酯二钠中的至少一种。 [0057] 本申请实施例还提供一种多孔陶瓷的制备方法,包括; [0058] 步骤S21,将60~80份的碳化硅、2~5份的氧化钙、1~3份的氧化铝、5~10份的硅酸钠以及10~20份的造孔剂进行第一混合处理,得到陶瓷材料。 [0059] 在本步骤中,将碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠和造孔剂添加三维混料机中进行第一混合处理,形成预混料。 [0060] 在陶瓷材料中,碳化硅是一种硬度高、耐磨性好的材料,其作为陶瓷材料的主要成分,可显著提升制得的多孔陶瓷的硬度和耐磨性;氧化钙和氧化铝作为陶瓷材料的添加剂,一方面用于降低制备多孔陶瓷的烧结温度,提升多孔陶瓷的制备效率,另一方面用于氧化钙和氧化铝均具有高硬度和耐磨性,二者可与碳化硅成分相互作用,形成更加稳定的相态,从而进一步的增强多孔陶瓷的硬度和耐磨性;硅酸钠能够改善陶瓷材料的断裂韧性,提升制得的多孔陶瓷的抗冲击能力;造孔剂用于使成型后的多孔陶瓷具有微孔。如此,通过碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠的协同作用,有效提升成型的多孔陶瓷的硬度和耐磨性,从而提升多孔陶瓷的结构强度,避免多孔陶瓷出现磨损后掉粉的现象。 [0061] 在一些实施例中,所述第一混合处理的时间为2~5h。在此范围内,以使碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠和造孔剂进行充分混合。 [0062] 可选的,所述第一混合处理的时间选自2h、2.5h、3h、3.5h、4h、4.5h、5h中任一者或任二者所形成的范围。 [0063] 在一些实施例中,所述造孔剂包括淀粉、草木灰、聚乙烯微球、蔗糖、活性炭中的至少一种。 [0064] 步骤S22,提供包含所述陶瓷材料的陶瓷浆料。 [0065] 在一些实施例中,上述步骤S22,所述提供包含所述陶瓷材料的陶瓷浆料的步骤包括: [0066] 提供辅助剂和水溶剂,所述辅助剂包括粘接剂和/或表面活性剂; [0067] 对所述陶瓷材料、所述辅助剂和所述水溶剂进行第二混合处理,得到陶瓷浆料。 [0068] 在本实施例中,粘接剂用于将在第二混合处理中分散的陶瓷材料,更好的粘接在一起,从而提升陶瓷材料的颗粒间的结合力,进而提升成型后多孔陶瓷的结构强度。 [0069] 表面活性剂用于降低水溶剂中液体的表面张力,使得陶瓷材料中的颗粒更容易分散在水溶剂中,从而提升陶瓷材料中颗粒的分散均匀性。 [0070] 在一些实施例中,按重量份计,所述陶瓷材料为50~80份。 [0071] 按重量份计,所述粘接剂为3~10份;和/或, [0072] 按重量份计,所述表面活性剂为0.5~2份;和/或, [0073] 按重量份计,所述水溶剂为20~50份。 [0074] 作为优选的是,在上述第二混合处理中,将50~80份的陶瓷材料、3~10份的粘接剂、0.5~2份表面活性剂以及20~50份水溶剂进行混合。如此,利用表面活性剂提升陶瓷材料颗粒在水溶剂的分散均匀性,并利用粘接剂将分散均匀的陶瓷材料中颗粒粘接起来,有助于形成均匀的陶瓷浆料。 [0075] 在一些实施例中,所述粘接剂选自聚乙烯醇、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧丙烯酸酯中的至少一种。 [0076] 在一些实施例中,所述表面活性剂包括十二烷基硫酸钠、木质素磺酸钠、磺基琥珀酸单酯二钠中的至少一种。 [0077] 步骤S23,对所述陶瓷浆料进行成型处理,得到陶瓷素坯。 [0078] 在本实施例中,通过成型处理将陶瓷浆料制备成需要的陶瓷素坯形状。其中,成型处理为挤出成型、干压成型等,在此不作具体限定。 [0079] 作为优选的是,成型处理为干压成型;相应地,成型处理包括喷雾造粒处理以及干压处理;所述对所述陶瓷浆料进行成型处理,得到陶瓷素坯的步骤包括: [0080] 对所述陶瓷浆料进行喷雾造粒处理,得到陶瓷造粒粉; [0081] 对所述陶瓷造粒粉进行干压处理,得到陶瓷素坯。 [0082] 在本实施例中,由于喷雾造粒处理可将陶瓷浆料均匀分散成颗粒状的陶瓷造粒粉,使得在干压处理后成型的陶瓷素坯中颗粒之间的结合力均匀且紧密,从而提升成型后的多孔陶瓷的结构强度;并且,干压处理过程中可从不同方向上施加均匀的压力,使得制得的陶瓷素坯上各微孔的孔径一致性强,从而使得成型的多孔陶瓷结构稳定。如此,进一步的提升多孔陶瓷的硬度和耐磨性。 [0083] 在一些实施例中,通过将陶瓷浆料转移至造粒塔中进行喷雾造粒处理。 [0084] 在一些实施例中,通过干压成型机将陶瓷造粒粉进行干压处理。 [0085] 在一些实施例中,所述干压处理中的压力为50~200Mpa。在此范围内,使得陶瓷造粒粉中的颗粒可进行紧密的结合,形成均匀且致密的陶瓷素坯。 [0086] 可选的,所述干压处理中的压力为50Mpa、80Mpa、100Mpa、130Mpa、150Mpa、180Mpa、200Mpa中任一者或任二者所形成的范围。 [0087] 步骤S24,对所述陶瓷素坯依次进行脱脂处理和烧结处理后,得到多孔陶瓷。 [0088] 在本步骤中,脱脂处理用于去除陶瓷素坯上残留的辅助剂;烧结处理用于使陶瓷素坯在高温下的进行致密化和晶粒生长,从而生成结构稳定的多孔陶瓷。 [0089] 在一些实施例中,所述脱脂处理为以2~5℃/min的升温速率升温至1~500℃后,保温2~4h。在此范围内,以确保陶瓷素坯上残留的辅助剂可完全挥发。 [0090] 可选的,所述脱脂处理中升温速率选自2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min中任一者或任二者所形成的范围。 [0091] 可选的,所述脱脂处理中升温温度选自1℃、10℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃中任一者或任二者所形成的范围。 [0092] 可选的,所述脱脂处理中保温时间选自2h、2.5h、3h、3.5h、4h中任一者或任二者所形成的范围。 [0093] 在一些实施例中,所述烧结处理为以2~5℃/min的升温速率升温至1000~1400℃后,保温2~4h。 [0094] 可选的,所述烧结处理中升温速率选自2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min中任一者或任二者所形成的范围。 [0095] 可选的,所述烧结处理中升温温度选自1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1200℃、1250℃、1300℃、1350℃、1400℃、1450℃、1500℃中任一者或任二者所形成的范围。 [0096] 可选的,所述烧结处理中保温时间选自2h、2.5h、3h、3.5h、4h中任一者或任二者所形成的范围。 [0097] 本申请实施例还提供一种气溶胶生成装置,包括雾化芯,所述雾化芯为如上所述的多孔陶瓷、或利用如上所述的多孔陶瓷的制备方法制得的多孔陶瓷。 [0098] 在本实施例中,雾化芯上印刷有发热膜;在实际应用中,通过发热膜发热,对多孔陶瓷上吸附的液态基质进行加热,从而生成气溶胶。 [0099] 其中,在多孔陶瓷中,通过碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠的协同作用,有效提升成型的多孔陶瓷的硬度和耐磨性,从而提升多孔陶瓷的结构强度,使用稳定性更强,避免多孔陶瓷出现磨损后掉粉的现象。 [0100] 以下通过具体实施例和对比例对本申请的技术方案及技术效果进行详细说明,以下实施例仅仅是本申请的部分实施例,并非对本申请作出具体限定。 [0101] 实施例1: [0102] 步骤一:将468g碳化硅微粉、18g氧化钙微粉、9g氧化铝微粉、42g硅酸钠和63g聚乙烯微球在三维混料机充分混合,得到600g的陶瓷材料; [0103] 步骤二:将600g陶瓷材料、10g十二烷基硫酸钠、80g聚乙烯醇和310g纯净水混合,得到陶瓷浆料。 [0104] 步骤三:将陶瓷浆料转移至造粒塔中,利用喷雾造粒的工艺将陶瓷浆料制成陶瓷造粒粉,然后通过干压成型机中用100MPa的压力将陶瓷造粒粉压制成所需形状的陶瓷素坯。 [0105] 步骤四:将陶瓷素胚放置在匣钵中进行脱脂,脱脂工艺为0~500℃以0.5℃/min的速率进行升温,分别在200℃和400℃保温1h,500℃保温2h后自然冷却得到脱脂后陶瓷基板。 [0106] 步骤五:将脱脂后的陶瓷基板转移至真空烧结炉中,以5℃/min的升温速率升温至1200℃后保温2.5h后自然冷却得到陶瓷基体;然后,在陶瓷基体上印刷目标图案,然后在真空烧结炉中升温至1000℃后保温1h自然降温得到多孔陶瓷。 [0107] 实施例2: [0108] 与上述实施例1的不同之处在于:本实施例的步骤一中,碳化硅微粉的质量改为420g,氧化钙微粉的质量改为12g,氧化铝微粉的质量改为9g,硅酸钠的质量改为54g,聚乙烯微球的质量改为90g;相应地,本实施例的步骤二中,纯净水的质量改为260g。 [0109] 对比例1: [0110] 与上述实施例1的不同之处在于:本对比例的步骤一中,碳化硅微粉改为二氧化硅微粉,并省略氧化钙微粉和氧化铝微粉。 [0111] 实验测试:对实施例1和2以及对比例1分别制得的多孔陶瓷进行平均孔径测试、孔隙率测试、抗压强度测试以及导油速率测试,测试结果如表一所示。其中: [0112] 平均孔径测试,为通过孔径测试仪分别测量实施例1和2以及对比例1制得的多孔陶瓷的平均孔径; [0113] 孔隙率测试,为通过孔隙率测试仪分别测量实施例1和2以及对比例1制得的多孔陶瓷的孔隙率; [0114] 抗压强度测试,为通过万能测试仪分别对实施例1和2以及对比例1制得的多孔陶瓷进行抗压测试; [0115] 导油速率测试,为分别提供30个实施例1制得的多孔陶瓷、30个实施例2制得的多孔陶瓷、30个对比例1制得的多孔陶瓷,将各多孔陶瓷分别进行导油速率测试;具体为,将多孔陶瓷分别放进培养皿中,向培养皿中滴入10滴烟油,记录多孔陶瓷完全浸润所需时间,然后通过“导油速率=烟油深度/多孔陶瓷完全浸润所需时间”计算导油速率。 [0116] 表一 [0117] [0118] [0119] 参阅表一,对比实施例1、实施例2以及对比例1可知,相较于对比1,本申请实施例1和2中的平均孔径、孔隙率、抗压强度更大,且导油速率的波动范围小,说明:本申请实施例1和2中采用碳化硅、氧化钙、氧化铝、硅酸钠、造孔剂作为陶瓷材料,利用碳化硅、氧化钙、氧化铝的高硬度和耐磨性的特性,提升制得的多孔陶瓷的硬度和耐磨性,从而提升制得的多孔陶瓷的抗压强度;并且,本申请实施例1和2是利用喷雾造粒和干压制备陶瓷素坯,使得制得的陶瓷素坯上各微孔的孔径一致性强,孔隙率大,一方面使得制得的不同多孔陶瓷导油速率一致性强,另一方面进一步的提升多孔陶瓷的抗压强度。 |