[發明專利]一種大孔徑三維網絡SiC陶瓷材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310324451.6
• 申請日: 2013-07-30
• 公開（公告）號: CN103396123A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 茹紅強;趙菁;王偉;岳新艷
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B38/02
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

技術領域

????本發明屬于陶瓷材料技術領域，具體涉及一種大孔徑三維網絡SiC陶瓷材料的制備方法。

背景技術

碳化硅多孔陶瓷是一種兼具結構性和功能性的陶瓷材料，其不僅具有陶瓷基體的優良性能，而且還具有較大的氣孔率、氣孔表面積以及可調節的氣孔形狀、氣孔孔徑尺寸，氣孔在三維空間的分布且具有連通性，同時，還具有相匹配的熱、電、磁、光和化學等性能。而具有大孔結構的碳化硅陶瓷的較引人注目的應用則是其可在嚴苛的環境條件下作為氣體、液體（如熔融金屬）、固體顆粒的過濾材料，催化劑載體，也可以應用于太陽能受體材料，物理與化學傳感器等。

目前，大孔徑SiC多孔陶瓷的制備有很多種途徑，可將其分為兩大類：有模板法和無模板法。而目前國內外對于大孔碳化硅陶瓷的研究主要集中在硬模板法上。硬模板法，即通過使用固體物質，如：分散的固體小顆粒、海綿泡沫材料和仿生結構材料等，作為模板與目標產物SiC的粉體或前驅物相混合，經過加熱分解、高溫燒結等過程最終獲得SiC多孔陶瓷材料。這種方法的缺點也是顯而易見的：首先，孔徑和孔型要依賴于模板劑的孔徑和孔型；其次，合成步驟較為繁瑣，除了陶瓷的燒結步驟外，有的還涉及模板制備和前處理，包括成孔，以及碳化等步驟；另外，制備大孔所用的模板骨架一般較厚，受固體擴散反應的影響，硅化和碳熱還原一般進行的不完全，而引入過量的反應物會造成成品碳化硅陶瓷的不純，為得到較純的碳化硅材料，后處理步驟就不可避免。而利用各種海綿體作為模板，則容易生成壁孔（海綿骨架分解后留下的），這對于提高燒結后陶瓷的力學性能是不利的。因此這些方法都存在工藝復雜、成本高和含有閉氣孔等缺點，其使用受到一定的限制。而目前的無模板法制備多孔材料，主要存在成本過高，制得的多孔材料三維連通性差、閉氣孔多、孔徑較小等缺點，所以應用并不廣泛。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明提供一種大孔徑三維網絡SiC陶瓷材料的制備方法，目的是實現對碳化硅的孔徑、孔型控制的同時，降低生產成本，簡化生產工藝。

實現本發明目的的技術方案按照以下步驟進行：

（1）將SiC粉末與B₄C粉末按質量比99:1混合，加入氨水、蔗糖、丙烯酰胺、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺和水球磨混合均勻，形成SiC混合漿料；

（2）向SiC混合漿料中加入占SiC混合漿料質量0.8-3.2‰的表面活性劑、2-8%發泡劑雙氧水和濃度為6.5-10%聚乙烯醇水溶液作為粘結劑，SiC混合漿料與粘結劑的質量比為1：（0.75-1.5），攪拌均勻，然后加入引發劑，繼續攪拌30-60s后，于60-80℃凝膠發泡1h，轉移到-17~-15℃的環境中冷凍4-12h，再在室溫條件下，以無水乙醇或工業乙醇為萃取劑，萃取冷凍后的漿料中的水，進行干燥，得到發泡凝膠；

（3）在惰性氣氛保護下，對發泡凝膠于1950-2040℃保溫燒結0.5-1h，得到大孔徑三維網絡SiC陶瓷材料。

所述的SiC粉末的平均粒度為1.0μm，碳化硼粉末的平均粒度為3.0μm。

所述的氨水加入量為SiC混合漿料質量的1-2%，蔗糖的加入量為SiC混合漿料質量的6.5-9%，丙烯酰胺的加入量是SiC混合漿料質量的3-5%，N，N-亞甲基雙丙烯酰胺的加入量是SiC混合漿料質量的0.2-0.4%，水的加入量是SiC混合漿料質量的19-22%。

所述的表面活性劑是AES；雙氧水是質量分數30%的過氧化氫水溶液；聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇的聚合度為2000，醇解度為99%；所述的引發劑是質量濃度為10%的過硫酸銨水溶液，其加入量是SiC混合漿料質量的0.2%。

所述的萃取重復1～2次，每次萃取時間≥5小時，。

所述的干燥是在100℃下干燥4小時。

與現用技術相比，本發明的特點及其有益效果是：

（l）本發明采用雙氧水作為發泡劑，通過改變發泡劑添加量可以控制制備的材料的孔徑大小，孔隙率，并且添加少量就可以達到發泡的作用；

（2）本發明通過凝膠法在發泡過程中發生凝膠，能形成能阻止發泡體塌陷的凝膠結構，使氣泡固定，并可有效提高坯體強度；

（3）本發明采用聚乙烯醇作為粘結劑，其濃度和添加量的變化可以有效的調節大孔SiC陶瓷的孔徑、孔隙度和連通度，并且可以增加漿料的粘度，對氣泡具有較長時間的穩定作用，其冷凍凝膠特性則在固定氣泡方面發揮了作用，使得不用很苛刻的冷凍條件即可實現凝膠；