多孔陶瓷体及其制备方法和应用该多孔陶瓷体的电子烟
阅读说明：本技术 多孔陶瓷体及其制备方法和应用该多孔陶瓷体的电子烟 (Porous ceramic body, preparation method thereof and electronic cigarette applying porous ceramic body ) 是由 武建 雷宝灵 徐中立 李永海 于 2020-05-28 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种多孔陶瓷体及其制备方法和应用该多孔陶瓷体的电子烟。所述多孔陶瓷体的制备方法包括：制备混合原料,所述混合原料各成分及其质量百分数如下：陶瓷粉体35～65wt％、造孔纤维25～55wt％、胶黏剂10～25wt％；将所述混合原料成型形成坯体,使坯体内的造孔纤维沿预设方向排列,然后通过烧结工艺使造孔纤维分解挥发,从而制得具有定向贯通孔的多孔陶瓷体。本发明制备的多孔陶瓷体不仅结构强度较高,韧性好,降低了掉粉、掉渣的概率,还提高了导油速率和增加了有效导油路径。(The invention provides a porous ceramic body, a preparation method thereof and an electronic cigarette using the porous ceramic body. The method of making the porous ceramic body comprises: preparing a mixed raw material, wherein the mixed raw material comprises the following components in percentage by mass: 35-65 wt% of ceramic powder, 25-55 wt% of pore-forming fiber and 10-25 wt% of adhesive; and forming the mixed raw materials to form a blank body, arranging pore-forming fibers in the blank body along a preset direction, and decomposing and volatilizing the pore-forming fibers through a sintering process to obtain the porous ceramic body with the directional through holes. The porous ceramic body prepared by the method has high structural strength and good toughness, reduces the probability of powder falling and slag falling, improves the oil guiding speed and increases the effective oil guiding path.)
技术领域
本发明涉及电子烟技术领域，尤其涉及一种多孔陶瓷体及其制备方法和应用该多孔陶瓷体的电子烟。
背景技术
目前电子烟中使用的一种雾化器的雾化芯是由多孔陶瓷载体和其表面印刷的发热电阻组成的，但多孔陶瓷雾化芯的口感与陶瓷载体掉粉、掉渣的问题之间存在难以调和的矛盾。因为好的口感需要陶瓷载体有较大的孔径和较高的孔隙率，但这会导致陶瓷载体强度低、韧性差，使用时就会出现掉粉、掉渣等问题，从而严重威胁用户的健康。此外，参考图6，现有的多孔陶瓷载体内部存在大量无用的封闭孔、半贯通孔，这些气孔不仅不能导通烟油，使烟油的有效导流路径减少，还严重降低了陶瓷载体的强度。采用现有的多孔陶瓷的制备工艺(比如采用造孔剂、发泡剂等进行造孔的工艺)制备的陶瓷载体不可避免地存在大量的封闭孔和半贯通孔。因此，如何制备适合于雾化芯的多孔陶瓷体，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种具有定向贯通孔的电子烟多孔陶瓷载体及其制备方法。
第一方面，本发明提供一种多孔陶瓷体的制备方法，包括如下步骤：
制备混合原料，所述混合原料包括按质量百分数计的以下成分：陶瓷粉体35～65wt％、造孔纤维25～55wt％和胶黏剂10～25wt％；
将所述混合原料成型形成坯体，使所述坯体内的所述造孔纤维大致沿预设方向排列；
将所述坯体在预定温度范围内烧结以使所述造孔纤维分解挥发，从而制得具有定向贯通孔的多孔陶瓷体，所述定向贯通孔具有与所述造孔纤维的长度方向一致的取向。
优选地，所述将所述混合原料成型的方法包括：通过挤压机或注塑机进行成型，成型压力为7～70MPa。
优选地，所述成型压力为20～40MPa。
优选地，在将所述混合原料成型之后，所述方法还包括：对成型后形成的坯料进行等静压致密化处理。
优选地，所述等静压致密化处理的压力为100～200MPa，保压时间为5～10min。
优选地，在对成型后形成的坯料进行等静压致密化处理之前，所述方法还包括：对成型后形成的坯料进行真空封装处理。
优选地，在所述通过挤压机或注塑机进行成型之后，还包括，对挤压机或注塑机成型形成的坯料再进行模压成型，所述模压成型的压力为10～50MPa。
优选地，在所述通过挤压机或注塑机进行成型之后，还包括：对挤压机或注塑机成型形成的棒状坯料切成段状；所述对所述坯料进行模压成型包括：对段状的坯料进行模压成型形成生坯。
优选地，所述烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1～2℃/分钟的速率上升至400～600℃，再保温2～5小时，然后以1～3℃/分钟的速率下降至100℃以下，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在800～1400℃下保温5～10小时，然后以1～3℃/分钟的速率下降至100℃以下。
优选地，所述陶瓷粉体为堇青石粉、氧化锆粉、氧化铝粉、碳化硅粉、氮化硅粉、硅藻土粉、钛酸铝粉中的一种或多种；或者所述造孔纤维为聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、降苯乙烯纤维中的一种或多种；或者所述胶黏剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、乙基纤维素中的一种或多种。
优选地，所述造孔纤维的直径小于100um。
第二方面，本发明还提供一种多孔陶瓷体，根据所述第一方面任一项所述的多孔陶瓷体制备方法制得。
第三方面，本发明还提供一种电子烟，包括如所述第二方面所述的多孔陶瓷体，所述多孔陶瓷体附着有电热元件，所述多孔陶瓷体用于吸附烟油，所述电热元件用于雾化所述烟油产生气溶胶。
综上所述，由于所述多孔陶瓷体的制备方法包括如下步骤：制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：陶瓷粉体35～65wt％、造孔纤维25～55wt％、胶黏剂10～25wt％；将所述混合原料成型，使所述造孔纤维沿预设方向排列，然后烧结制得多孔陶瓷体。也就是说，所述造孔纤维在成型时，会在外力作用下尽可能朝预设方向排列，因而，将坯体烧结后形成的内部微孔尽可能朝预设方向排列，形成与造孔纤维长度方向取向一致的定向贯通孔，极大降低了形成封闭孔、半贯通孔的概率，烟油的有效导流通路较多，提高了导油效率。此外，此种结构强度较高，韧性好，降低了陶瓷体掉粉、掉渣的概率。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明一实施例提供的多孔陶瓷体的制备方法流程图；
图2是本发明一实施例提供的多孔陶瓷体横向断面的扫描电镜图；
图3是本发明一实施例提供的多孔陶瓷体纵向断面的扫描电镜图；
图4是本发明一实施例提供的电子烟的剖面示意图；
图5是图4提供的电子烟的多孔陶瓷体与电热丝及导电引线相配合时的结构示意图；
图6是现有技术的多孔陶瓷体断面的扫描电镜图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。
请参阅图1及图2，本发明实施例提出一种多孔陶瓷体的制备方法，其包括如下步骤：
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：陶瓷粉体35～65wt％、造孔纤维25～55wt％、胶黏剂10～25wt％；
所述陶瓷粉体可以为任一种陶瓷粉体，例如，其可以为堇青石粉、氧化锆粉、氧化铝粉、碳化硅粉、氮化硅粉、硅藻土粉、钛酸铝粉中的一种或多种等。所述造孔纤维可以为聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、降苯乙烯纤维中的一种或多种等。在本实施例中，所述陶瓷粉体的粒径为30nm～200μm。
较佳地，所述造孔纤维的直径小于100um，其优选为50～100um，以使烧结后制成的微孔的直径也在50～100um之间。因而，制得的多孔陶瓷体的微孔能够较好的吸附烟油，较好地避免烟油泄露及干烧。所述胶黏剂可以为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙基纤维素中的一种或多种等。
S20，将所述混合原料成型形成坯体，使所述造孔纤维沿预设方向排列，然后将坯体置于烧结炉中以预定的温度范围内烧结，使得坯体内的造孔纤维分解挥发，制得具有定向贯通孔的多孔陶瓷体。参考图2和图3所示，多孔陶瓷体内的定向贯通孔具有与造孔纤维长度方向基本一致的取向。
所述将所述混合原料成型的方法可以为通过挤压机或注塑机等进行成型。其中，成型压力优选为7～70MPa，较佳地，所述成型压力为20～40MPa，因而可使烧结后的陶瓷体收缩率较小，密度较为均匀，较好地避免因收缩过大造成堵孔或烟油吸附较少等的问题。可以理解的是，将混合原料混合均匀后可先进行造粒后再将混合原料成型，造粒颗粒形状可以为球形或圆柱形，尺寸一般小于5mm，因而可较好地避免成型件有空洞、边角不致密、层裂等问题。其中，通过挤压机或注塑机等进行成型后的形状可以为柱状或块状等结构。
为了使成型后的坯体密度高、更均匀一致及各向同性，在将所述混合原料成型之后，所述方法还包括：先对成型后形成的坯料进行真空封装处理，然后再对所述坯料进行等静压致密化处理。较佳地，所述等静压致密化处理的压力为100～200MPa，保压时间为5～10min，因而不仅生产效率较高，也较好地保证毛坯密度。
在所述通过挤压机或注塑机进行成型之后，还包括，对挤压机或注塑机成型形成的坯料再进行模压成型，所述模压成型的压力为10～50MPa。也就是说，在所述通过挤压机或注塑机进行成型之后，先对挤压机或注塑机成型形成的棒状坯料切成段状等，然后再对段状的坯料进行模压成型形成生坯。模压成型形成生坯即为多孔陶瓷体的最终形状，其可以为管状、柱状、块状、片状等结构，其形状及结构在此不做具体限定。
所述烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1～2℃/分钟的速率上升至400～600℃，再保温2～5小时，然后以1～3℃/分钟的速率下降至100℃以下，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在800～1400℃下保温5～10小时，然后以1～3℃/分钟的速率下降至100℃以下。
为了使本发明以上多孔陶瓷体的制备方法的细节更利于本领域技术人员的理解和实施，以及突出本案制备的多孔体在性能和品质进步性效果，以下通过具体的实施例来对以上方法的内容进行举例说明。
实施例1
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：堇青石粉3.5g、聚甲基丙烯酸甲酯5g、聚乙烯醇1.5g；
S20，将混合均匀后的所述混合原料进行造粒，使其呈球形，其粒经为2mm。再通过挤压机在20MPa的压力下挤压形成棒状坯料，然后在150MPa压力下对棒状坯料进行等静压致密化处理，再将棒状坯料切成段状，然后再对段状的坯料在10MPa的压力下进行模压成型形成生坯。最后进行烧结。
烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1℃/分钟的速率上升至400℃，再保温2小时，然后以1℃/分钟的速率下降至20℃，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在800℃下保温5小时，然后以1℃/分钟的速率下降至20℃，从而使多孔陶瓷体达到足够的强度。
实施例2
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：堇青石粉4g、聚甲基丙烯酸甲酯4g、聚乙烯醇2g；
S20，将混合均匀后的所述混合原料进行造粒，使其呈球形，其粒经为3mm。然后通过注塑机在30MPa的压力下注塑形成棒状坯料，然后在180MPa压力下对棒状坯料进行等静压致密化处理，再将棒状坯料切成段状，然后再对段状的坯料在20MPa的压力下进行模压成型形成生坯。最后进行烧结。
烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1.2℃/分钟的速率上升至450℃，再保温3小时，然后以1.5℃/分钟的速率下降至30℃，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在900℃下保温6小时，然后以1.2℃/分钟的速率下降至30℃，从而使多孔陶瓷体达到足够的强度。
实施例3
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：碳化硅粉5g、聚氯乙烯2.5g、聚乙烯醇缩丁醛2.5g；
S20，将混合均匀后的所述混合原料进行造粒，使其呈圆柱形，其粒经为3.5mm。然后通过挤压机在50MPa的压力下挤压形成棒状坯料，再将棒状坯料切成段状，然后再对段状的坯料在30MPa的压力下进行模压成型形成生坯。最后进行烧结。
烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1.5℃/分钟的速率上升至500℃，再保温4小时，然后以2℃/分钟的速率下降至50℃，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在1100℃下保温7.5小时，然后以2℃/分钟的速率下降至50℃，从而使多孔陶瓷体达到足够的强度。
实施例4
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：堇青石粉6g、聚甲基丙烯酸甲酯3g、聚乙烯醇1g；
S20，将混合均匀后的所述混合原料进行造粒，使其呈球形，其粒经为4mm。然后通过挤压机在60MPa的压力下挤压形成棒状坯料，再将棒状坯料切成段状，然后再对段状的坯料在40MPa的压力下进行模压成型形成生坯。最后进行烧结。
烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以1.8℃/分钟的速率上升至500℃，再保温4小时，然后以2℃/分钟的速率下降至80℃，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在1200℃下保温8小时，然后以2.5℃/分钟的速率下降至60℃，从而使多孔陶瓷体达到足够的强度。
实施例5
S10，制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：钛酸铝粉6.5g、降苯乙烯纤维2.5g、聚甲基丙烯酸甲酯1g；
S20，将混合均匀后的所述混合原料进行造粒，使其呈球形，其粒经为5mm。然后通过挤压机在70MPa的压力下挤压形成棒状坯料，再将棒状坯料切成段状，然后再对段状的坯料在50MPa的压力下进行模压成型形成生坯。最后进行烧结。
烧结的方法为：将成型后形成的生坯送入排胶炉中，然后以2℃/分钟的速率上升至600℃，再保温5小时，然后以3℃/分钟的速率下降至90℃，使陶瓷排出胶黏剂；然后将生坯块送入窑炉中，在1400℃下保温10小时，然后以3℃/分钟的速率下降至70℃，从而使多孔陶瓷体达到足够的强度。
实施例6
请参阅图3及图4，本发明实施例公开了一种电子烟，其包括雾化组件10及电池组件20，所述雾化组件10包括油杯1、密封座2、吸油棉3及多孔陶瓷体4，所述密封座2插设在所述油杯1的一端，所述吸油棉3插设在所述油杯1的烟雾通道内并用于吸附所述油杯1内的烟油，所述多孔陶瓷体4插设在所述吸油棉3内。所述多孔陶瓷体4附着有电热元件7，所述多孔陶瓷体4用于吸附烟油，所述电热元件7用于雾化所述烟油产生气溶胶。在本实施例中，所述电热元件7为电热丝，当然，其也可以为电热片或印刷在所述多孔陶瓷体4内表面处的导电层。其中，所述多孔陶瓷体4根据实施例1至实施例5任一实施例所述的多孔陶瓷体4制备方法制得。
所述电池组件20包括外壳5、电池6及控制模块8，所述电池6及控制模块8均位于所述外壳5内，所述电池6及与所述电热元件7连接的导电引线9均与所述控制模块8电连接。工作时，所述控制模块8控制所述电池6通过所述导电引线9给所述电热元件7供电，以使所述电热元件7发热，以雾化所述多孔陶瓷体4上的烟油，从而产生气溶胶。
综上所述，由于所述多孔陶瓷体的制备方法包括如下步骤：制备混合原料，所述混合原料各成分的质量百分数如下：陶瓷粉体35～65wt％、造孔纤维25～55wt％、胶黏剂10～25wt％；将所述混合原料成型，使所述造孔纤维沿预设方向排列，然后烧结制得多孔陶瓷体。也就是说，所述造孔纤维在成型时，会在外力作用下尽可能朝预设方向排列，因而，烧结后形成的微孔尽可能朝预设方向排列，极大降低了形成封闭孔、半贯通孔的概率，烟油的有效导流通路较多，提高了导油效率。此外，此种结构强度较高，韧性好，降低了掉粉、掉渣的概率。
需要说明的是，本发明的说明书及其附图中给出了本发明的较佳的实施例，但并不限于本说明书所描述的实施例，进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
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