[發明專利]一種多孔碳化硅陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 201510571106.1
• 申請日: 2015-09-09
• 公開（公告）號: CN105198437A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 劉永勝;萬佳佳;董寧;張青;門靜;成來飛;張立同
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B38/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于碳化硅陶瓷制備方法，涉及一種多孔碳化硅陶瓷的制備方法，具體是一種利用化學氣相滲透法直接制備多孔碳化硅陶瓷的方法。

背景技術

多孔陶瓷材料以其優異的力學性能，良好的化學穩定性，低的熱膨脹系數，良好的抗熱震性能和抗氧化性能等成為各行各業中必不可少的材料。如在氣液過濾，催化劑載體，陶瓷分離膜，聲熱絕緣體，高溫結構材料，熱電能量轉換等行業，多孔陶瓷都取得廣泛的應用。

目前，多孔陶瓷中應用最廣泛的就是多孔SiC陶瓷。制備多孔SiC陶瓷的方法有很多種，如燒結法、復制法、犧牲模板法、發泡法、粘結法等。文獻1“M.Fukushima,Y.Zhou,H.Miyazaki,Y.Yoshizawa,K.Hirao,Y.Iwamoto,S.YamazakiandT.Nagano,J.Am.Ceram.Soc.,89,1523–1529(2006).”利用燒結法制備多孔SiC陶瓷，具體是以β-SiC為原料，以Al₂O₃為添加劑，采用冷等靜壓成型，最后在1500-1800℃條件下燒結，通過改變添加劑和燒結溫度可以使制備出的多孔SiC陶瓷的氣孔率在37％～41％之間。該方法制備的出的多孔陶瓷的孔徑約在0.03-0.6μm之間，力學性能較好，且空隙分布較為均勻，熱膨脹系數低，但該工藝存在燒結溫度較高，制備過程較復雜等問題。

文獻2“X.Bao,M.R.NangrejoandM.J.Edirisinghe,J.Mater.Sci.,35,4365–4372(2000).”利用復制法制備多孔SiC陶瓷，具體是將聚氨酯泡沫浸泡在聚硅烷先驅體中，浸泡兩個小時后拿出，在空氣中自然干燥，然后在氮氣條件下熱處理，熱處理溫度在900-1300℃之間。該工藝過程較為簡單，燒結溫度較低，制備出的多孔陶瓷孔徑直徑較大，在200-800μm之間，且分布較為均勻，但存在多孔SiC陶瓷強度低，先驅體陶瓷產率低且成本高等問題。

文獻3“H.Wang,I.Y.Sung,X.D.LiandD.Kim,J.PorousMater.,11,265–271(2004).”利用犧牲模板法制備多孔SiC陶瓷，具體過程是：選擇模板，干燥模板，陶瓷先驅體與模板混合形成先驅體和模板的復合材料，熱處理該復合材料得到陶瓷和模板的復合材料，最后再除去模板，得到一定形貌的多孔SiC陶瓷。該工藝可以根據需要，有目的地設計所需要的多孔陶瓷，但同樣存在陶瓷轉化率低，成本高，多孔陶瓷強度較低等問題。

文獻4“M.FukushimaandP.Colombo,J.Eur.Ceram.Soc.,32,503–510(2012).”利用發泡法制備多孔SiC陶瓷，具體過程是將聚碳硅烷和發泡劑現在氮氣條件250-260℃下進行發泡，之后再把發泡好的混合物進行氧化交聯得到能夠保持一定強度的混合物，最后在1000℃下進行裂解反應得到多孔SiC陶瓷。該工藝得到的多孔陶瓷的氣孔率在59％-85％之間，孔徑直徑在416-1455μm之間，制備溫度較低，能夠得到指定的孔隙結構，但還是存在多孔陶瓷強度低，工藝過程較復雜等問題。

文獻5“Y.H.Choi,Y.W.Kim,I.S.HanandS.K.Woo,J.Mater.Sci.,45,6841–6844(2010).”利用粘結法制備多孔SiC陶瓷，具體過程是以SiC、Al₂O₃為原料，加入燒結助劑，壓制成型后在1350-1450℃之間燒結。該工藝得到的多孔SiC陶瓷力學性能較高，氣孔率在44％-49％之間，制備溫度較燒結法低，但該法制備的多孔陶瓷含有莫來石粘結相，該相與SiC相的熱膨脹系數差別較大，在熱震條件下容易產生內應力，從而較低多孔陶瓷的力學性能，限制多孔陶瓷的應用。

化學氣相滲透技術(ChemicalVaporInfiltration，簡稱CVI)是在化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition)的基礎上發展起來的，是指將在化學氣相沉積中在材料表面發生的化學反應轉移到材料內部進行，在材料內部生成陶瓷相，該種陶瓷相可以起到填充和粘結作用。CVI法具有制備溫度低，易于制備復雜構件等優點，越來越受到人們的關注。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種多孔碳化硅陶瓷的制備方法，解決多孔SiC陶瓷現有技術中存在的制備工藝復雜，燒結溫度高，強度低等問題。

技術方案

一種多孔碳化硅陶瓷的制備方法，其特征在于步驟如下：