[發(fā)明專利]一種基于模板制備多孔碳化硅陶瓷的方法

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• 申請日: 2015-09-11
• 公開（公告）號: CN105237034A
• 公開（公告）日: 2016-01-13
• 發(fā)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(yè)大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B35/565
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發(fā)明屬于多孔碳化硅陶瓷制備方法，具體涉及一種采用模板制備多孔碳化硅陶瓷的方法。

背景技術

多孔碳化硅陶瓷是一種內部具有大量相通或閉合孔道結構的新型陶瓷材料，因其具有低密度，高強度，比表面積大，優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等性能而廣泛應用到工業(yè)中，如熱氣體微粒過濾器，熔融金屬過濾器，催化劑載體，氣體燃燒介質，輕質結構部件等。

制備多孔SiC陶瓷的方法有很多，如燒結法，發(fā)泡法，粘結法，模板法等。為了更好地調控多孔SiC陶瓷的孔隙率，孔徑分布和孔隙形貌，模板法逐漸成為人們的研究熱點。模板法是指通過混合模板和SiC顆粒或者SiC有機前驅體，形成一種兩相混合的復合材料，然后除去模板再燒結得到多孔SiC陶瓷。文獻“S.H.LeeandY.W.Kim,ProcessingofCellularSiCCeramicsUsingPolymerMicrobeads[J].J.KoreanCeram.Soc.,43,458–462(2006).”中以SiC粉末為原料，以Al2O3-Y2O3為燒結助劑，以聚合物微球為模板構架，先將三種物質混合均勻壓制成一定形狀，再熱處理該混合物燃燒除去聚合物微球，形成具有一定孔隙結構的素坯，最后燒結坯體得到所需的多孔SiC陶瓷材料。通過控制聚合物微球的含量和燒結的溫度，可以把多孔SiC陶瓷的氣孔率控制在16％～69％之間。該法制備的多孔SiC陶瓷孔隙均勻，且孔隙率為40％時，強度可達到40MPa，強度較高，但該法燒結溫度較高，溫度高于1700℃，不利于成本降低。文獻“Y.J.JinandY.W.Kim,Lowtemperatureprocessingofhighlyporoussiliconcarbideceramicswithimprovedflexuralstrength[J].J.Mater.Sci.,45,282–285(2010).”中，以聚碳硅烷作為SiC先驅體，以聚合物微球為模板構架，以聚硅氧烷為粘結劑，混合均勻后在200℃下干燥，然后在1100～1400℃條件下進行熱分解，最終得到多孔SiC陶瓷。該法得到的多孔陶瓷孔隙率的范圍在60％～90％之間，當氣孔率為70％是也能達到30MPa，但該法還是存在燒結溫度較高的問題。文獻“M.Fukushima,M.Nakata,Y.Zhou,T.OhjiandY.Yoshizawa,Fabricationandpropertiesofultrahighlyporoussiliconcarbidebythegelation–freezingmethod[J].J.Eur.Ceram.Soc.,30,2889–2896(2010).”中，以凝膠，水和SiC顆粒為原料，采用凝膠冷凍干燥法制備出具有定向排列的高氣孔率的多孔SiC陶瓷。該法可以制備各種形狀的部件，且通過改變冷凍溫度可以把多孔陶瓷的孔隙直徑控制在34～147μm范圍內，但該法也存在工藝復雜，燒結溫度較高的問題。

化學氣相沉積(ChemicalVaporDeposition，簡稱CVD)技術最初是由表面工程的需要發(fā)展起來的。后來，人們引導氣體深入到多孔材料內部沉積以達到使材料致密化的目的，進而發(fā)展出化學氣相滲透技術(ChemicalVaporInfiltration，簡稱CVI)。材料內部致密化是陶瓷相的生成造成的，該種陶瓷相可以起到填充和粘結作用，并且，借助催化劑可以使SiC陶瓷相呈現為納米線的形態(tài)，可以極大地提升多孔陶瓷的比表面積，為制備具有較大比較面積和孔隙可控的多孔SiC陶瓷提供了可能性。CVI法具有制備溫度低，易于制備復雜構件等優(yōu)點，越來越受到人們的關注。

發(fā)明內容

要解決的技術問題

為了解決多孔碳化硅陶瓷現有技術中存在的制備工藝較復雜，燒結溫度較高，等技術問題，本發(fā)明提出一種采用模板，再在模板上沉積SiC陶瓷相，形成多孔碳化硅陶瓷，最后再在多孔陶瓷內部生長SiC納米線，進而得到具有較大比表面積的多孔SiC陶瓷的方法。

技術方案

一種基于模板制備多孔碳化硅陶瓷的方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將按照設計要求加工的模板放入化學氣相滲透爐CVI爐，以MTSCH₃SiCl₃作為先驅體，氫氣作為載氣和稀釋氣體，氬氣作為保護氣體進行化學氣相滲透；在CVI過程中，生成的SiC陶瓷相覆蓋在模板上得到多孔SiC陶瓷；所述模板為泡沫鎳、泡沫碳或金屬泡沫模板；