[發(fā)明專利]一種多孔氮化硅陶瓷的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310631184.7
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103664190A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 應(yīng)國兵;王鵬舉;王乘;吳玉萍;李嘉;趙海偉;郭文敏
• 申請（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號: C04B35/584
• 分類號: C04B35/584;C04B35/622
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 沈振濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料科學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種大尺寸、高性能多孔氮化硅陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)

隨著軍事技術(shù)的發(fā)展，飛行器、導(dǎo)彈的飛行速度和打擊精度都越來越高，同時(shí)，在高超音速飛行時(shí)由于氣動(dòng)加熱可使導(dǎo)彈的瞬時(shí)升溫速率達(dá)120℃/s。飛行器、導(dǎo)彈的天線罩首當(dāng)其沖，要求所選用的材料必須要能夠承受3-6馬赫以上的飛行速度以及耐受較高氣動(dòng)加熱帶來的溫度，因此對于導(dǎo)彈天線罩所用材料提出了更高的要求。由于多孔氮化硅陶瓷材料能夠耐高溫且具有良好的熱震穩(wěn)定性，同時(shí)還具有高強(qiáng)度、高的孔隙率、低的介電常數(shù)和介電損耗、耐磨損、耐腐蝕、抗雨蝕、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此多孔氮化硅陶瓷越發(fā)成為最有希望的導(dǎo)彈天線罩材料。

多孔陶瓷的首要特點(diǎn)就是多孔，常用的制備多孔陶瓷的方法有：擠出成型法，顆粒堆積法，添加造孔劑法，發(fā)泡法，溶膠-凝膠法，冷凍干燥法，反應(yīng)燒結(jié)法，凝膠注模成型等，其中添加造孔劑技術(shù)是制備多孔陶瓷的一種重要工藝技術(shù)。然而現(xiàn)在這些方法制備的多孔陶瓷要么孔徑大小不一、氣孔分布不均勻，要么強(qiáng)度不夠高、介電常數(shù)及介電損耗低，而且很難成型大尺寸的陶瓷部件，難以滿足高馬赫數(shù)下高溫環(huán)境應(yīng)用的要求。。

而現(xiàn)有的凝膠注模成型方法制備多孔陶瓷，干燥條件苛刻，且排膠時(shí)間長，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)成本高，且性能不夠高，難以滿足現(xiàn)代化航空、航天工業(yè)的應(yīng)用。專利ZL201110181203.1（王紅潔；李劉媛；喬冠軍；楊建鋒，一種叔丁醇基凝膠注模法制備Si₃N₄多孔陶瓷的成型方法）公開了一種非水基的凝膠注模制備多孔氮化硅陶瓷的方法，由于溶劑叔丁醇也是有機(jī)物，在排膠和燒結(jié)過程中會(huì)排除試樣，從而導(dǎo)致孔隙率難以控制，且其制備的多孔氮化硅陶瓷孔隙率介于40-75%之間，強(qiáng)度為40-140MPa。

專利ZL200910021515.9（王紅潔；余娟麗；張健等，一種利用凝膠注模法制備氮化硅多孔陶瓷的方法）公開了一種凝膠注模制備多孔氮化硅陶瓷的方法，其工藝比較復(fù)雜，干燥過程需要在25℃、98%的濕度環(huán)境下干燥，排膠過程緩慢，需要40個(gè)小時(shí)，且只能制備出49%-63%孔隙率、彎曲強(qiáng)度為54-234MPa的多孔氮化硅陶瓷。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種更為快速、簡單的大尺寸、高性能多孔氮化硅陶瓷的制備方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明提供的一種多孔氮化硅陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

(1)凝膠的制備：將1～3重量份的增塑劑、5～30重量份的丙烯酰胺單體、1～8重量份的交聯(lián)劑與100重量份的去離子水混合，制備預(yù)混液；在預(yù)混液中加入0.5-1重量份的分散劑、20～160重量份的氮化硅粉體和2～15重量份的燒結(jié)助劑，調(diào)pH至8～12，球磨2～15h，得凝膠；

(2)坯體的成型：凝膠經(jīng)過真空除氣，加入0.05～2重量份的引發(fā)劑和0.5～1重量份的催化劑，再次真空除氣后注模成型，室溫反應(yīng)20～70分鐘后凝膠交聯(lián)固化后脫模；

(3)坯體的干燥：將脫模后的坯體于室溫下自然干燥10～15天；

(4)坯體的排膠：坯體在箱式電阻爐中升溫排膠；在排膠過程中，從室溫至150℃，升溫速率為0.5～1℃/min；從150℃～600℃，升溫速率為0.2～0.5℃/min；并分別在100℃、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃各保溫一個(gè)小時(shí)；

(5)坯體的燒結(jié)：排膠后的坯體在常壓氮?dú)夥罩袩Y(jié)，從室溫以5～15℃/min的速率升溫至1750℃，保溫1-3h后隨爐冷卻，即得。

步驟（1）中，所述增塑劑為聚丙烯酰胺（(C₃H₅NO)n），優(yōu)選平均分子量為大于3000000的聚丙烯酰胺。

步驟（1）中，所述交聯(lián)劑為N,N’-亞甲基雙丙烯酰胺。

步驟（1）中，所述分散劑為聚丙烯酸銨（[C₃H₃O₂NH₄]n），優(yōu)選平均分子量為3000-5000的聚丙烯酸銨。

步驟（1）中，所述燒結(jié)助劑為氧化釔和氧化鋁的混合物，所述氧化釔和氧化鋁的質(zhì)量比為(2～3):1。

步驟（2）中，所述引發(fā)劑為過硫酸銨，催化劑為N,N,N,N-四甲基乙二胺。