[發(fā)明專利]一種碳化硅蜂窩陶瓷的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410120766.3
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN104072141A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡鍇;鄧平曄;郭棟;鄒濤;張靈飛;黎爽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京市理化分析測試中心
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種具有“孔道內(nèi)壁伸展晶須”結(jié)構(gòu)的碳化硅蜂窩陶瓷的制備方法。

背景技術(shù)

蜂窩陶瓷具有平行貫通的孔隙結(jié)構(gòu)，具有滲透壓高、幾何表面大、擴散距離短、有利于顆粒的計入和氣體排出并縮小過濾體積等優(yōu)點，在工業(yè)廢氣、機動車尾氣及其他生活廢氣的過濾凈化、冶金工業(yè)的熱交換和金屬液的過濾、采礦業(yè)的有毒氣體和液體的凈化處理等方面有著廣泛的應(yīng)用。

為提高蜂窩陶瓷的工作效率，提高蜂窩陶瓷的孔密度是現(xiàn)階段制備工藝努力的主要方向。美國Corning公司采用擠出成型工藝制備的最新的蜂窩陶瓷產(chǎn)品在1個平方英寸的橫截面上最多1200個通孔，是目前已知該方法所能制備蜂窩陶瓷孔徑的極限。但由于該方法的最大問題是材料孔徑受模具的制備限制，因此進一步縮小孔徑十分困難，難以制備孔徑在幾十微米量級的蜂窩材料，成為蜂窩陶瓷制備的一個瓶頸問題。即使能進一步降低蜂窩陶瓷的孔徑降低至微米量級，其孔徑的縮小必將導(dǎo)致氣體通過阻力的驟然增加，從而降低過濾效率。即，依靠單一的蜂窩結(jié)構(gòu)難以解決微細顆粒過濾所要求的小孔徑而同時保持氣流暢通這一矛盾。

晶須是在人工控制條件下合成的一種高強度胡須狀的單晶體，其晶體結(jié)構(gòu)比較完整，內(nèi)部缺陷少，其強度和模量均接近理想晶體。因此，晶須常作為增強組元加入到金屬基、陶瓷基和高分子基中其增強增韌的作用。最常見的晶須有Si₃N₄、SiC、Al₂O₃等。然而目前關(guān)于晶須的研究主要集中在晶須的制備及其對基體增強增韌效果上，關(guān)于晶須在其他用途上的研究鮮有報道。在晶須的制備研究中，有報道指出利用孔洞可原位生長晶須，如專利CN102251284A(一種制備β-碳化硅晶須的方法)，以及文章（吉曉莉，徐飛，力國民，萬偉偉，原位合成莫來石晶須增強碳化硅泡沫陶瓷，中國粉體技術(shù)，2011,17(3):33-36）及文章（呂臣敬，田秀淑，韓玉芳，原位合成含有Al₂O₃晶須Al₂O₃/Ti-Al復(fù)合材料機理的研究，），然而，前者關(guān)注于晶須的制備，后兩者關(guān)注于晶須對基體或泡沫基體的增強效果。同時，以上文獻所制備的多孔坯體及部件內(nèi)的孔洞為閉孔，難以用于過濾。

如何克服了傳統(tǒng)蜂窩陶瓷工作效率對孔徑及單位面積孔數(shù)的依賴，進而增加陶瓷對細微顆粒的過濾，并保證流體的暢通，是目前蜂窩陶瓷過濾及凈化領(lǐng)域?qū)μ沾山Y(jié)構(gòu)的新要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種碳化硅蜂窩陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1）制備具有平行孔道的蜂窩坯體并干燥；

2）對干燥后的坯體進行有機物的排除；

3）煅燒碳化硅蜂窩坯體，得到基體部分顆粒結(jié)合緊密，孔洞內(nèi)壁伸展有晶須的碳化硅蜂窩陶瓷。

其中，步驟1）中具有平行孔道的蜂窩坯體采用擠出成型法制備。在本領(lǐng)域中，擠出成型方法是制備蜂窩陶瓷常用的方法，可以直接制備得到碳化硅蜂窩坯體。

本發(fā)明方法中，步驟1）中蜂窩坯體也可采用干壓法、凝膠注模成型法或直接凝固成型法先制備出素坯，然后采用機械成孔法制得具有平行孔道的碳化硅蜂窩坯體。

在本發(fā)明的多個實施例中，是采用多針頭成孔模具，制得具有平行孔道的碳化硅蜂窩坯體。

本發(fā)明方法中，步驟1）中以碳化硅粉體為原料，并加入助燒劑、成型介質(zhì)、分散劑進行混合，制備出碳化硅坯體。

本發(fā)明方法中，步驟1）中也可以分別選取Si源和C源，并加入助燒劑、成型介質(zhì)、分散劑進行混合，按照本領(lǐng)域熟知的工藝制備出蜂窩坯體。燒結(jié)過程中依據(jù)碳熱還原反應(yīng)原理，制備出碳化硅蜂窩陶瓷。

所述碳化硅粉體粒徑0.5μm～2.5μm，未處理或者經(jīng)過氧化處理。碳化硅粉體添加量為包括碳化硅粉、助燒劑和分散劑的總粉體的60～75wt%。

所述Si源不限制于SiO₂粉、二氧化硅溶膠，C源不限制于炭黑、有機物樹脂，只要能夠發(fā)生碳熱還原反應(yīng)最后生成SiC，都可作為原料。當選擇SiO₂微粉為硅源時，其粒徑0.2μm～2.5μm，選擇炭黑為碳源時，其粒徑15μm以下，Si源與碳源質(zhì)量比為1:1～1:1.5。

所述助燒劑為氧化鋁粉和氧化釔粉體，氧化鋁粉粒徑0.3μm～5.0μm，添加量為總粉體的2-5wt%；氧化釔粒徑為0.1μm～5.0μm，添加量為總粉體的5-10wt%。