[發明專利]一種制備高強度多孔碳化硅陶瓷的方法

有效

• 申請號: 201710856381.7
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN109534816B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 張斗;薛鳳丹;周科朝;王小鋒;陳何昊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/64;C04B38/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 顏勇

本發明屬于多孔陶瓷范圍，具體涉及一種高強度有序多孔碳化硅陶瓷的制備方法。本發明以聚碳硅烷為陶瓷先驅體、以莰烯為有機溶劑、以二乙烯基苯為交聯劑，按二乙烯基苯的用量為所用聚碳硅烷質量的5％?120％；配取聚碳硅烷、莰烯、二乙烯基苯，然后將聚碳硅烷、二乙烯基苯加入莰烯中，直至聚碳硅烷完全溶于莰烯中，攪拌混合均勻，得到待交聯的有機漿料。然后通過交聯、定向冷凍澆注、真空脫除溶劑、裂解處理，得到強度最高可18.7MPa的多孔陶瓷產品。本發明有機漿料組份設計合理、制備工藝簡單可控，便于大規模的工業化應用。同時所得產品強度高，且能實現表面自然開孔，這為后期進一步改性和加工奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于多孔陶瓷范圍，具體涉及一種高強度有序多孔碳化硅陶瓷的制備方法。

背景技術

耐高溫多孔碳化硅陶瓷以其獨有的化學穩定性，高強度，耐腐蝕性能在很多領域有著廣泛的應用。例如可以用作熔融金屬過濾材料，催化劑載體，吸波材料以及生物材料都有著重要的應用。

自2007年韓國人Yoon等人首次采用冷凍澆注工藝，以聚碳硅烷為原料，莰烯為溶劑，采用氧化交聯制備了有序多孔碳化硅陶瓷。但后期測試其抗壓強度時，發現其強度較差(甚至根本無法測量其強度)，同時還發現其所得產品中極易產生裂紋。除此在外，采用上述方法制備的多孔碳化硅陶瓷表面的閉孔率很高，不利于后期產品的改性以及深加工處理。

2015年M.Naviroj等人采用聚硅氧烷，以二月桂酸二丁基錫為交聯劑，制備了SiOC陶瓷。其采用了含氧的交聯劑，但都未對強度進行研究，也未對其表面是否為開孔做進一步的研究。

目前，關于采用先驅體制備碳化硅陶瓷的方法中，還很少有文獻記載如何提高產品抗壓強度并迫使表面開孔的相關記載。

發明內容：

本發明針對現有技術的不足，提供一種制備高強度多孔碳化硅陶瓷的方法。

本發明一種制備高強度多孔碳化硅陶瓷的方法，包括下述步驟：

步驟一

以聚碳硅烷為陶瓷先驅體、以莰烯為有機溶劑、以二乙烯基苯(DVB)為交聯劑，按二乙烯基苯的用量為所用聚碳硅烷質量的5％-120％、優選為10-80％、進一步優選為15-25％、更進一步優選為20％；配取聚碳硅烷、莰烯、二乙烯基苯(DVB)，然后將聚碳硅烷、二乙烯基苯(DVB)加入莰烯中，直至聚碳硅烷完全溶于莰烯中，攪拌混合均勻，得到待交聯的有機漿料；

步驟二

將步驟一所得待交聯的有機漿料，在攪拌狀態下，加熱至100-200℃、優選為120℃保溫0.5-10h、優選為0.5-1.5h，得到交聯好的有機漿料；

步驟三

將溶液降溫至60℃以下，然后以1-10℃/min的冷凍速率將交聯好的有機漿料轉移至模具中，定向冷凍成形，脫模，得到冷凍坯；

步驟四

將步驟三所得冷凍坯放入冷凍干燥機中，在真空度為1-10Pa、溫度為-60℃-10℃的條件下脫除溶劑，直至溶劑完全脫除，得到待裂解坯體；

步驟五

將步驟四所得待裂解坯體，置于燒結爐內，在保護氣氛下，升溫至900-1400℃、優選為1200℃，裂解 5-20小時、優選為10小時，得到高強度多孔碳化硅陶瓷。

本發明一種制備高強度多孔碳化硅陶瓷的方法，步驟一中，聚碳硅烷的質量/(莰烯的質量+聚碳硅烷的質量)＝0.05-0.2。優選，聚碳硅烷的質量/(莰烯的質量+聚碳硅烷的質量)＝0.1-0.2。

本發明一種制備高強度多孔碳化硅陶瓷的方法，步驟一中，所用莰烯的純度與大于等于95％。