奥陶纪技术层面社会责任感
Autoke自成立以来致力于电子雾化行业雾化元器件领域深耕发展，我司本着强烈的社会责任感从事陶瓷及棉类雾化芯研发、生产及销售工作。在技术层面，研发团队在新技术开发应用方面始终贯彻节能减排理念，以双碳目标为己任开展新技术应用研究工作。
陶瓷雾化芯原料多为缺乏可塑性的贫瘠粉末，在成型过程中需添加大量有机粘结剂进行成型，为实现多孔化还需添加塑胶类粉末为造孔剂。目前，陶瓷类电子雾化芯制备主要以石蜡、塑胶及其混合熔体为粘结剂。我司在下一代多孔陶瓷雾化芯技术路线预研方面摒弃现有石蜡/塑胶类机粘结剂和造孔剂方案，以去离子水为溶剂采用冷冻凝胶工艺进行成型造孔并制备出定向蜂窝孔陶瓷。
制备技术原理
如图1所示蜂窝孔结构为大家所熟悉，此类蜂窝陶瓷生产制备方面多采用图2所示模具挤出成型。然而，这种成型方法所制备的蜂窝陶瓷孔径较大，该方法无法用作电子雾化芯陶瓷开发，电子雾化芯陶瓷孔径一般在微米级别。
图1 蜂窝陶瓷图
图2 蜂窝陶瓷挤出成型模具
我司在微米孔径定向蜂窝陶瓷开发方面结合前沿造孔技术——冰晶定向生长方法进行造孔，如上图3所示，制备过程主要分为以下步骤：(1)稳定悬浮浆料制备；(2)注模冷冻凝胶；(3)生胚干燥；(4)烧结；(5)发热体制备等过程；在悬浮浆料配制方面需要保证浆料悬浮稳定性，即在生产工序设定时间范围内静置无分层或沉底现象，该过程需严格控制浆料粘度及悬浮颗粒分散性。一般通过添加分散剂附着颗粒表面形成双电层实现稳定悬浮或添加少量水溶性树脂形成三维网状结构实现颗粒稳定悬浮。
图3 冷冻凝胶工艺流程图
在冷冻凝胶方面需准备定向冷冻温度场，实验上采用高热导金属为模具底部，周圈采用低热导泡沫材料实现横向隔热目的。在高热导模具底部采用液氮进行降温形成温度梯度覆盖-120℃—室温之间温度范围的冷冻场。在超低温作用下，悬浮液内溶剂会沿着温度场方向发生冰晶生长挤开悬浮颗粒并最终凝固定形，如图4所示。
图4 定向冷冻造孔机理
在生胚干燥过程需采用低温真空升华方式使冰晶由固态直接转化为气态排出，留下空隙形貌即为溶剂冰晶微观形貌。纯水结冰微观形貌多为层状结构，通过添加少量添加剂控制冰晶生长前端的热力学和动力学过程可实现冰晶前端微观形貌调整，大量实验研究表明通过添加不同浓度TBA可以有效地实现冰晶前端微结构分离和规则化(独立多边形晶柱消除之后留下图5(c)和(d)所示定向孔)。
图5 定向微孔陶瓷微观形镜
烧结过程采用埋粉烧结方法进行纯固相烧结可以有效地降低烧成陶瓷基体粘粉问题。基体烧成之后对表面进行磨平处理并超声清洗实现发热体制备面的洁净性以增强发热体的附着强度并消除堵孔问题。发热体可采用物理气相沉积或丝网印刷技术进行制备后进行阵列批量切割以得到成品微米定向蜂窝孔陶瓷雾化芯。
定向蜂窝陶瓷雾化芯应用优势
(1) 内部微孔为定向直通结构可有效保证导油通畅，对于高粘稠度烟油传导表现尤其优异，另外此类陶瓷还可以添加造孔剂对直通孔壁进行造孔保证烟油传导路径截面方向可以实现横向导油，供油更均匀；
(2) 生产制备过程有机物添加极少，全过程环境友好；
(3) 陶瓷强度极高，孔隙率高，孔径可在几个微米到几十个微米范围内调节；
(4) 先天优势在于此技术方案所生产的陶瓷内部所有微孔的孔径均为梯度结构，直通孔轴向导热系数比径向高，通过配方调整在保证热效率的同时利用这一原生特性在高粘度大麻类烟油雾化和传导方面具有优良应用前景。
专利
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致谢
小编在撰写过程中引用文献图标，文中未及标注，在此一并感谢
[Li L, Li X, Liu X, et al. Hierarchically porous Al2TiO5 ceramics via freeze-gel casting[J]. Ceramics International, 2022, 48(15): 22384-22392;Kim D H, Kim K L, Chun H H, et al. In vitro biodegradable and mechanical performance of biphasic calcium phosphate porous scaffolds with unidirectional macro-pore structure[J]. Ceramics International, 2014, 40(6): 8293-8300.;Liu D, Zhou Z, Wang Y, et al. Highly porous (La1/5Nd1/5Sm1/5Gd1/5Yb1/5) 2Zr2O7 ceramics with ultra-low thermal conductivity[J]. Ceramics International, 2022, 48(18): 26400-26407.]，感谢其智慧供我等参考及其启发，我司欲深入发展在技术上走得更高更远需借助同行科学家们的肩膀。
来源：奥陶纪新材料快讯
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