CN101885620B - 多级孔道结构的陶瓷材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级孔道结构的陶瓷材料及其制造方法。该陶瓷材料的最大特征是：它具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米更小的微孔。这种陶瓷材料是由质量比为10-50％的高温可发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物，20-60％的天然多孔矿物，配合10-30％的粘土经过加水混合、成型、干燥、预热、然后在1000℃到1200℃的温度段下烧结而成的。该陶瓷材料具有优异的吸水和保水性、良好的透水性、以及优良的吸附和过滤性能，而且质量轻，所以可以作为吸水材、保水材、透水材、隔音材、隔热材、室内除臭材、吸附材及过滤材等广泛应用于各领域。

Description

多级孔道结构的陶瓷材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种多孔陶瓷材料及其制造方法，特别是涉及一种利用废弃物为主原料制造的具有多级孔道结构的陶瓷材料及其制造方法。

背景技术

多孔陶瓷，顾名思义就是含有大量气孔的陶瓷材料。一般来说，气孔在多孔陶瓷材料中所占的体积分数在20％到95％之间。多孔陶瓷由于其独特的多孔结构而具有热传导率低、体积密度小、比表面积高，以及具有独特物理及化学性能的表面结构等特点，加之陶瓷材料本身特有的耐高温，化学稳定性好，强度高等特点，已被广泛应用于环保、节能、化工、石油、冶炼、食品、制药、生物医学等领域。

目前制备多孔陶瓷的方法主要有以下几种：

(1)固态烧结法：利用陶瓷材料在固态烧结过程中粉料颗粒之间的孔隙由大到小，由多到少的变化过程，通过控制粉料的粒径大小、烧结温度和烧结时间来得到气孔率和气孔大小不同的陶瓷材料的方法。这种方法可以相对简单地制备多孔陶瓷，但是使用这种方法制备多孔陶瓷时，气孔的大小和数量比较难控制，而且难得到尺寸比较大的气孔。

(2)添加造孔剂法：通过在陶瓷粉料中添加造孔剂，利用这些造孔剂在高温下燃尽或挥发从而在陶瓷中留下孔隙。这种方法能制得形状复杂、气孔结构各异的多孔制品，但是气孔率不是很高。

(3)发泡法：通过向陶瓷粉料中添加有机或无机化学物质，在加热处理时形成挥发性气体，从而产生泡沫，经干燥和烧结后制得多孔陶瓷。这种方法可以相对容易地制备出一定形状、组成和密度的多孔陶瓷，而且还可以产生小孔径的闭口气孔。

(4)有机泡沫浸渍法：利用可燃尽的多孔载体，一般为弹性泡沫塑料，吸附陶瓷料浆，然后在高温下烧尽载体材料而形成孔隙结构。这种方法制备出的陶瓷气孔分布均匀、工艺过程相对简单，适合工业化生产，但是这种方法制备出的多孔陶瓷材料受泡沫塑料的强度和弹性的影响相对较大。

(5)溶胶-凝胶法：主要用来制备微孔陶瓷材料，特别是微孔陶瓷薄膜，例如羟基磷灰石薄膜等。

使用上述的多孔陶瓷的制备方法一般可以制备出拥有一定体积含量的封闭性气孔或者连通性气孔的多孔陶瓷材料，但是这些气孔的尺寸一般都是同一数量级的，也就是说很难在同一材料中同时获得两种或者两种以上不同尺寸级别的气孔。这使得多孔陶瓷材料在某些场合中的使用受到一定的限制。例如，多孔陶瓷作为吸水材料和保水材材料使用时，要求它必须具有大量的小孔径(几微米到几十微米之间)的连通性气孔，只有这样才能发挥气孔之间的毛细管的作用，保持优异的吸水性能和保水性能。但是要保证材料内部具有均匀的小孔径的气孔，就要把材料的烧结到相对致密的状态，使得这类的多孔陶瓷的比重一般比较大(视比重＞1)。还有一类轻质多孔陶瓷，比重相对较小(视比重＜1)，但是气孔的孔径一般都在1毫米以上，因而导致吸收的水分很容易通过细孔流走。这样的材料虽然有较好的透水性能，但是不具备良好的吸水和保水性能。因此，制备出一种既具备良好的吸水和保水性能，而且当材料自身吸水达到饱和后还能保持良好的透水性能的轻质多孔陶瓷材料是本发明要解决的技术问题。

另一方面，随着我国经济的不断发展，工业和生活废弃物的排放量也在不断地增加，加上我国废弃物掩埋土地的不断减少，废弃物的处理开始给国家和企业带来越来越大的负担。并且，这些废弃物如果不经过适当的处理而随意排放，还会对我们的生活环境带来十分恶劣的影响。因此，怎样合理再利用这类废弃物，怎样“变废为宝”，是本发明要解决的另一个技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种利用废弃物作为主要原料制备的具有多级孔道结构的陶瓷材料，即同时包含两种以上不同孔径级别气孔的多孔陶瓷材料。

为达上述目的，本发明提供了一种的具有多级孔道结构的陶瓷材料，其特征是，

它具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米更小的微孔，这使得它同时具有不同尺寸级别的孔道结构，而且这些孔道之间是相互连通的。

其中，所述的多级孔道结构的陶瓷材料，它的原料包括：由质量比为10-50％的高温可发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物，20-60％的天然多孔矿物，配合10-30％的粘土烧结而成。

其中，所述的废弃物可以是金属冶炼过程中生成的炉渣的一种或者多种，例如水淬炉渣、转炉炉渣和电炉炉渣；也可以是都市垃圾及下水污泥在焚烧熔融后残留的玻璃质的残渣；烧失大、易分解挥发的废弃物可以是食品或者造纸厂等产生的有机质污泥、木质废弃物或类似物的炭化灰，也可以是具有碳酸盐成分的天然贝壳的废弃物。

其中，所述的天然多孔矿物可以是均具有三维孔道结构但是具有不同孔径级别的沸石、硅藻土和浮石的一种或几种。

其中，所述的粘土材料可以是高岭石粘土、绢云母粘土、叶腊石粘土、蒙脱石粘土。

其中，所述的陶瓷材料即可以被烧结成砖状、平板状、及模具所设计的形状，也可以把成型后的材料粉碎成块状或粒状后，作为过滤材、催化剂或生物的载体进行使用。

本发明的目的之二是提供一种具有多级孔道结构的陶瓷材料的制造方法，所述陶瓷材料具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米还小的微孔，这使得所述陶瓷材料同时具有不同尺寸级别的孔道结构，而这些孔道之间是相互连通的，其原料配方包括：

废弃炉渣、有机质污泥、木质废弃物的炭化灰、下水污泥焚烧后的玻璃质残渣、天然贝壳，质量百分比为10-50％；天然多孔矿物沸石、硅藻土或浮石，质量百分比为20-60％；高岭石粘土，质量百分比为10-30％。

制造工序步骤如下：

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌；

(2)模压成型或挤出成型：将浆料倒入金属模具，进行模压成型或通过挤出成型机得到所需形状的坯体；

(3)在模压成型的场合下脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出；

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，干燥2-4个小时；

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，根据原料种类和坯体形状控制升温速度进行加热，在适当温度保温之后，随炉冷却到室温；

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的为合格品。

通过上述技术特征，本发明提供的多孔陶瓷材料具备的有益效果如下：

(1)成本低，符合环保要求：主要原料是工业和生活废弃物，变废为宝，节约了资源；

(2)三维的、连通的、多级的孔道结构：具备了优异的吸水和保水性，良好的透水性和轻质的特点，可以作为吸水材、保水材、透水材等应用于园林绿化和近来兴起的屋顶绿化行业；

(3)发达的气孔构造：气孔率在60％以上，可以作为吸音、隔音、隔热材料等应用于建筑领域；

(4)发达的天然微型孔道：利用天然多孔矿物自有的优异的吸附和过滤性能，既可以作为室内除臭、吸湿和调湿性功能材料应用于室内装修，也可以作为吸附材、过滤材应用于工业领域；

(5)稳定的烧结成型性：在烧结过程中尺寸收缩小，不易产生裂纹，可以按照尺寸要求一次性烧结成砖状、平板状或者其它较复杂的形状；

(6)良好的机械加工性：对烧结后的成型体可以简单地进行切割和钻孔等加工，便于在施工现场的调整和拼接。

(7)良好的再循环使用性：在上述的使用领域中产生的废弃多孔陶瓷成型体或在施工现场产生的废弃边角料可以粉碎成块状或粒状作为催化剂或微生物的载体应用于空气和水质的净化行业。

附图说明

图1显示本发明陶瓷材料中具有的毫米级别的连通大气孔的微观构造。

图2显示本发明陶瓷材料中具有的大气孔的孔壁上存在的数十微米大小的中孔的微观构造。

图3显示本发明陶瓷材料中具有的中孔的孔壁上存在的微米级别的微孔的微观构造。

具体实施方式

现在对本发明一个实施例的多孔陶瓷材料进行描述，其具有以下技术特征：

1.该多孔陶瓷材料具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米更小的微孔。这使得它同时具有不同尺寸级别的孔道结构，而且这些孔道之间是相互连通的，如图1所示。

这种多级孔道结构类似于被放大了的活性炭的微孔结构：从颗粒外表面向内，形态不规则的孔径逐渐变细，并出现分枝或分叉，由此可划分出一级孔、二级孔和三级孔等。这些不同尺寸级别的气孔或微孔在材料中各自发挥着不同的作用：大量的毫米级别的大气孔降低了材料自身的比重，使材料变得更加轻质；在大气孔的孔壁上存在的数十微米大小的中孔把大气孔相互连通起来，让水分可以通过这些大气孔在材料中相对容易地流动，使材料具有良好的透水性，如图2所示；同时在中孔的孔壁上还存在着的大量的数微米，甚至更小的微孔把中孔相互连通起来，如图3所示，由于这些微孔自身具备的毛细管的虹吸作用，使材料可以很好的吸收水分，并把水分保持在材料内部。这种三维的、连通的、多级的孔道结构，使该发明的陶瓷材料同时具备了优异的吸水和保水性，良好的透水性和轻质的特点。

2.陶瓷材料的原料组合及配比：

本发明由质量比为10-50％的高温可发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物，20-60％的天然多孔矿物，配合10-30％的粘土经过加水混合、成型、干燥、预热、加温烧结而成。

添加质量比为10-50％的高温可发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物，是利用这类物质在高温烧结过程中产生的挥发性气体所形成的气泡，或者在燃烧分解过程中留下的孔隙来在材料中形成尺寸比较大的气孔。换句话说，这类废弃物在该发明的多孔陶瓷的制备过程中充当了“成孔剂”的角色。添加质量比为20-60％的天然多孔矿物，是利用这类矿物质具有的大量的天然孔道，以及这些孔道的结构不会在烧结过程中发生变化的特点，来控制材料中中孔和微孔的孔道特征。添加质量比为10-30％的粘土，是利用粘土在900℃以上玻璃化的特征，作为粘结剂来使用。

3.废弃物的选择及毫米级别大气孔的控制：

本发明配料中添加的质量比为10-50％的高温可发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物中，高温发生膨胀的废弃物可以是金属冶炼过程中生成的炉渣的一种或者多种，例如水淬炉渣、转炉炉渣和电炉炉渣，也可以是都市垃圾及下水污泥在焚烧熔融后残留的玻璃质的残渣；烧失大、易分解挥发的废弃物可以是食品或者造纸厂等产生的有机质污泥、木质废弃物或类似物的炭化灰，也可以是具有碳酸盐成分的天然贝壳的废弃物。

但是添加这两类废弃物生成气孔的原理和所形成的气孔的特征有所区别。添加在金属冶炼过程中生成的炉渣或者都市垃圾及下水污泥在焚烧后熔融后残留的玻璃质残渣是因为这类废弃物自身既具有无定形的玻璃质成分，还包含有在高温可产生挥发性气体的成分。在高温加热过程中，废弃物中包含的物质会产生挥发性气体，如水蒸气，CO₂，CO，SO₂等，但是由于周围玻璃质成分的影响无法从材料内部扩散出来，最终在材料内部形成了大量被玻璃相包裹的气泡。因而通过添加这类废弃物所产生的气孔一般多为封闭性气孔，且气孔的尺寸相对较大。添加烧失大、易分解挥发的废弃物，如食品或者造纸厂等污水处理过程中产生的有机质污泥、木质废弃物或类似物的炭化灰，是因为这类废弃物主要成分为有机物质，在有氧的高温条件下会燃尽并在材料中留下和形成气孔。添加天然贝壳的废弃物，是利用贝壳的碳酸盐成分在800℃以上的高温下会生成CaO和CO₂，其中CO₂气体逸出产生气孔，CaO起到降温促烧结作用，从而形成气孔。添加这两类废弃物所产生的气孔一般是连通性气孔，但是气孔的尺寸相对较小。在本发明中添加这些废弃物的主要目的是在材料中生成毫米级别的大气孔，而且气孔的尺寸可以通过选择废弃物的种类和调整添加粒径的大小来控制。

4.天然多孔矿物的选择及多级孔道的形成原理(结构组成)：

本发明配料中添加的质量比为20-60％的天然多孔矿物可以是均具有三维孔道结构但是具有不同孔径级别的沸石、硅藻土和浮石的一种或几种。

沸石(zeolite)是传统的多孔材料，其丰富、规则的孔结构产生分子筛效应。沸石中的孔隙和孔穴所占体积大于晶体总体积的50％，其微孔结构和尺寸十分规整。沸石孔径一般为0.5～1.0nm，比表面积在100～500m²/g之间。

硅藻土(diatomite)是一种生物成因的沉积岩，主要由80％～90％硅藻壳组成，硅藻壳由蛋白石组成，具有明显的生物结构。硅藻颗粒大小为1～500μm，硅藻土的孔径为0.1～1.6μm，比表面积在10～100m²/g之间。

浮石是一种天然产生的流纹质酸性火山岩，是以SiO₂、Al₂O₃为主要化学成分的硅酸盐岩石。浮石也具有多孔结构，但是孔径较沸石和硅藻土的孔径要大，以大孔结构为主。

本发明通过适量地添加这三种天然矿物的一种或者多种，在材料中形成一种或者多种尺寸级别配合的微孔结构。由于这些微孔是天然矿物质自有的，而不是在烧结过程中形成的，所以这些微孔的形状和尺寸相对规则。

另一方面，由于沸石、硅藻土和浮石这些天然多孔矿物的孔隙发达、比表面积大，表现出很高的吸附和过滤性能，其结构引起的这些特殊性能在工业上得到大规模利用。例如，的沸石吸附性能高，而且具有离子交换能力，目前在工业上大规模地被用作吸附剂和离子交换剂使用。硅藻土在啤酒工业上被用作过滤剂，其孔隙结构、过滤效果对啤酒质量有重要影响。浮石也被作为轻质骨料广泛应用在轻型建筑混凝土砌块方面。但是，在作为吸附剂使用的过程中，由于随着使用时间的增长，沸石和硅藻土的吸附性能难免要有所下降，为了保持稳定的吸附性能，有部分性能下降的材料要被新材料替换，而这部分被替换下来的沸石和硅藻土也就变成了废弃物。

本发明中作为原材料添加的沸石、硅藻土正是利用这部分被淘汰下来的“废弃物”。因为在高温烧结过程中被吸附和堵塞在沸石和硅藻土的微孔孔道内的杂质会在高温状态下发生分解和挥发，使沸石和硅藻土的微孔得到再生，恢复了它们原有的吸附功能。

5.粘土的种类

本发明配料中添加的质量比10-30％的粘土材料可以是高岭石粘土、绢云母粘土、叶腊石粘土、蒙脱石粘土等。粘土在该发明的多孔陶瓷材料的烧结过程中作为烧结粘结剂使用，而且它自身具有烧结过程中发生体积收缩的特点，这部分的体积收缩正好可以与炉渣等废弃物在烧结过程中发生的体积膨胀相抵消，使陶瓷坯体在烧结过程中保持稳定的形状。

6.本发明陶瓷材料烧结后的形状多样化

本发明的多孔陶瓷材料即可以被烧结成砖状、平板状或者是根据模具而制成的形状，也可以把成型后的材料粉碎成块状或粒状作为过滤材、吸附材、催化剂或生物的载体进行使用。

下面通过实施例和比较例进一步阐述该发明的多孔陶瓷材料及其制备方法。

实施例1

1.原料配方

(1)水淬炉渣：粒径在0.5～1mm范围内，质量百分比为50％。

(2)水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石：平均粒径为20μm，质量百分比为5％。

(3)啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土：平均粒径为30μm，质量百分比为15％。

(4)高岭石粘土：平均粒径为100μm，质量百分比为30％。

2.制造工序

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌30分钟，调整浆料的含水量在7～10％之间。

(2)模压成型：将浆料倒入金属模具，以10kgf/cm²的压力进行模压成型从而得到16cm×8cm×3.5cm砖形状的坯体。

(3)脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出。

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，在120℃的温度下干燥2个小时。

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，800℃之前采用6～8℃/min的升温速度进行加热，800～1100℃之间采用5～6℃/min的升温速度缓慢加热，在1100℃保温30分钟后，随炉冷却到室温。

(5)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的话为合格品。

3.成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表1所示。

实施例2、实施例3、对比例1及对比例2

均采用与实施例1相同的原料，即水淬炉渣、水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石、啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土及高岭粘土，具体的成分配比如表1所示。采用与实施例1完全相同的制造工序烧结出砖型的多孔陶瓷体。成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表1所示。

实施例4

1.原料配方

(1)下水污泥在焚烧熔融后残留的玻璃质的残渣：经粉碎和筛选后，粒径控制在0.5～1mm范围内，添加质量百分比为35％。

(2)水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石：平均粒径为20μm，质量百分比为10％。

(3)啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土：平均粒径为30μm，质量百分比为35％。

(4)高岭石粘土：平均粒径为100μm，质量百分比为20％。

2.制造工序

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌30分钟，调整浆料的含水量在7～10％之间。

(2)模压成型：将浆料倒入金属模具，以10kgf/cm²的压力进行模压成型从而得到16cm×8cm×3.5cm砖形状的坯体。

(3)脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出。

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，在120℃的温度下干燥2个小时。

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，800℃之前采用6～8℃/min的升温速度进行加热，800～1100℃之间采用5～6℃/min的升温速度缓慢加热，在1100℃保温30分钟后，随炉冷却到室温。

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的话为合格品。

3.成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表2所示。

实施例5

1.原料配方

(1)造纸厂产生的有机质污泥：经脱水、干燥后含水率控制在50～60％，然后进行造粒，粒径控制在4～6mm范围内，添加质量百分比为30％。

(2)水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石：平均粒径为20μm，质量百分比为10％。

(3)啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土：平均粒径为30μm，质量百分比为40％。

(4)高岭石粘土：平均粒径为100μm，质量百分比为20％。

2.制造工序

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌30分钟，调整浆料的含水量在7～10％之间。

(2)模压成型：将浆料倒入金属模具，以8kgf/cm²的压力进行模压成型从而得到16cm×8cm×3.5cm砖形状的坯体。

(3)脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出。

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，在120℃的温度下干燥4个小时。

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，800℃之前采用4～6℃/min的升温速度进行加热，800～1050℃之间采用6～8℃/min的升温速度加热，在1050℃保温30分钟后，随炉冷却到室温。

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的话为合格品。

3.成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表2所示。

实施例6

1.原料配方

(1)木质废弃物的炭化灰：粒径在2～3mm范围内，添加质量百分比为35％。

(2)水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石：平均粒径为20μm，质量百分比为10％。

(3)啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土：平均粒径为30μm，质量百分比为35％。

(4)高岭石粘土：平均粒径为100μm，质量百分比为20％。

2.制造工序

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌30分钟，调整浆料的含水量在7～10％之间。

(2)模压成型：将浆料倒入金属模具，以8kgf/cm²的压力进行模压成型从而得到16cm×8cm×3.5cm砖形状的坯体。

(3)脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出。

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，在120℃的温度下干燥2个小时。

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，800℃之前采用4～6℃/min的升温速度进行加热，800～1050℃之间采用6～8℃/min的升温速度加热，在1050℃保温30分钟后，随炉冷却到室温。

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的话为合格品。

3.成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表2所示。

实施例7

1.原料配方

(1)天然贝壳的废弃物：经粉碎和筛选后，粒径控制在1～3mm范围内，添加质量百分比为20％。

(2)水处理行业中淘汰下来的作为吸附剂的沸石：平均粒径为20μm，质量百分比为10％。

(3)啤酒厂淘汰下来的作为吸附剂的硅藻土：平均粒径为30μm，质量百分比为40％。

(4)高岭石粘土：平均粒径为100μm，质量百分比为30％。

2.制造工序

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌30分钟，调整浆料的含水量在7～10％之间。

(2)模压成型：将浆料倒入金属模具，以10kgf/cm²的压力进行模压成型从而得到16cm×8cm×3.5cm砖形状的坯体。

(3)脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出。

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，在120℃的温度下干燥2个小时。

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，800℃之前采用10℃/min的升温速度进行加热，800～1100℃之间采用4～6℃/min的升温速度缓慢加热，在1100℃保温30分钟后，随炉冷却到室温。

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的话为合格品。

3.成型体烧结后的结果和多孔陶瓷的性能如表2所示。

表1

表2

Claims (10)

1.一种多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：它具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米还小的微孔，这使得所述陶瓷材料同时具有不同尺寸级别的孔道结构，而这些孔道之间是相互连通的。

2.根据权利要求1所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷材料是由质量比为10-50％的高温发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物，20-60％的天然多孔矿物，配合10-30％的粘土经过加水混合、成型、干燥、预热、加温烧结而成。

3.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为10-50％的高温发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物中，高温发生膨胀的废弃物是金属冶炼过程中生成的炉渣，包括水淬炉渣、转炉炉渣和电炉炉渣的一种或者多种。

4.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为10-50％的高温发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物中，高温发生膨胀的废弃物是都市垃圾及下水污泥在焚烧熔融后残留的玻璃质的残渣。

5.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为10-50％的高温发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物中，高温发生分解挥发的废弃物是食品或者造纸厂产生的有机质污泥或木质废弃物。

6.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为10-50％的高温发生膨胀或者烧失大、易分解挥发的废弃物中，高温发生分解挥发的废弃物是具有碳酸盐成分的天然贝壳的废弃物。

7.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为20-60％的天然多孔矿物是均具有三维孔道结构，具有不同孔径级别的沸石、硅藻土和浮石的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：在配料质量比为10-30％的粘土材料是高岭石粘土、绢云母粘土、叶腊石粘土、蒙脱石粘土。

9.根据权利要求1或2所述的多级孔道结构的陶瓷材料，其特征在于：所述陶瓷材料被烧结成砖状、平板状或者根据模具制备其形状，或把成型后的材料粉碎成块状或粒状后作为过滤材、催化剂或生物的载体进行使用。

10.一种具有多级孔道结构的陶瓷材料的制造方法，所述陶瓷材料具有大量的毫米级别的大气孔，在这些大气孔的孔壁上存在数十微米大小的中孔，在中孔的孔壁上同时还存在比数微米还小的微孔，这使得所述陶瓷材料同时具有不同尺寸级别的孔道结构，而这些孔道之间是相互连通的，其原料配方包括：

废弃炉渣、有机质污泥、木质废弃物的炭化灰、下水污泥焚烧后的玻璃质残渣、天然贝壳，质量百分比为10～50％；天然多孔矿物沸石、硅藻土或浮石，质量百分比为20～60％；高岭石粘土，质量百分比为10～30％；

制造工序步骤如下：

(1)原料的混合与调整：将上述的原料按照比例混合，加入适当的水后在混凝土搅拌机内均匀搅拌；

(2)模压成型或挤出成型：将浆料倒入金属模具，进行模压成型或通过挤出成型机得到所需形状的坯体；

(3)在模压成型的场合下脱模：将模压成型后的坯体从模具中脱出；

(4)干燥：将坯体放入热风干燥炉，干燥2～4个小时；

(5)烧结：将干燥后的坯体放入烧结炉，根据原料种类和坯体形状控制升温速度进行加热，在适当温度保温之后，随炉冷却到室温；

(6)成品检查：烧结后的成型体如果气孔大小分布均匀，无裂纹缺陷，而且尺寸合格的为合格品。

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