[發明專利]一種層片狀梯度多孔碳化硅陶瓷及其制備方法

有效

• 申請號: 201711342641.5
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108101544B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 史忠旗;楊必果;張博;張哲健;夏鴻雁;王繼平;王波;王紅潔;楊建鋒
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C04B35/577
• 分類號: C04B35/577;C04B35/626;C04B35/64;C04B38/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王霞

本發明公開的一種層片狀梯度多孔碳化硅陶瓷及其制備方法，屬于多孔陶瓷材料制備技術領域。本發明利用冷凍干燥技術，以不同粒徑的SiC粉末為原料并添加分散劑和燒結助劑，配制一定固相含量的水系陶瓷漿料。在漿料冷凍過程中，粒徑越大的顆粒沉降速率越快，從而形成梯度結構，經過干燥以及燒結，制備成底部為大顆粒，上部為小顆粒的層片狀梯度多孔SiC陶瓷材料。與傳統多孔陶瓷制備方法相比，該方法通過漿料固相含量、漿料粘度、冷凍溫度、冷凍速率和燒結工藝等條件的選擇，可以對孔的形貌、尺寸以及孔隙率等影響多孔陶瓷性能的主要因素進行良好的控制，充分發揮多孔陶瓷材料的應用潛力，拓展應用領域。

技術領域

本發明屬于多孔陶瓷材料制備技術領域，具體涉及一種層片狀梯度多孔碳化硅陶瓷及其制備方法。

背景技術

SiC多孔陶瓷兼具SiC陶瓷優異的理化性能和多孔材料的透過性、發達的比表面積、能量吸收性能、低密度以及低熱傳導等性能，在凈化過濾、保溫隔熱、生物醫療、電子器件、航空航天和能源化工等各方面都有廣泛的應用。與傳統多孔陶瓷制備工藝相比，冷凍干燥法通過漿料固相含量、冷凍溫度、冷凍速率等的選擇，可以對孔的形貌、尺寸以及孔隙率進行良好的控制，可以充分的發揮多孔陶瓷材料的應用潛力，拓展應用領域。

梯度多孔材料是一種孔徑數量及分布呈連續變化的多孔材料。孔隙率較低的一端具有較好的抗壓性，起到保護和支撐作用；而孔隙率較高的一端則具備多孔陶瓷的功能性。這種梯度結構使得多孔陶瓷在保證過濾、分離、隔熱等功能性的同時還具有較高的力學性能。結合多孔SiC陶瓷的優異性能，梯度多孔SiC陶瓷將具有廣泛應用前景，因此其制備工藝是研究熱點之一。

中國專利《仿生梯度多孔陶瓷材料的制備方法》(申請號：201310046286.2，申請公布號CN 103145438 A，申請公布日2013.06.12)公開了一種注漿成型結合多次冷凍干燥技術，制備孔隙率由內向外減小、具有內疏外密仿生結構的梯度多孔陶瓷材料。該方法通過多次冷凍來得到由內向外的梯度材料，冷凍時由于內側的冷凍體溫度低于零下，導致溫度梯度為由下到上，自內而外的雙梯度，結構控制較為困難，應用難度大。

中國專利《一種制備梯度多孔氮化硅陶瓷材料的方法》(申請號：201410548575.7，申請公布號CN 104311114 A，申請公布日2015.01.28)公開了一種以氮化硅為原料，采用真空發泡法結合冷凍干燥工藝制備梯度多孔氮化硅陶瓷材料的方法。利用該方法制備的氮化硅梯度多孔材料，需要加入發泡劑且發泡工藝控制難度較大，一定程度上限制了其生產及應用領域。

Guangliang Liu等發表的論文《Fabrication of Gradient Porous SiCCeramics with Directional Pores without Templates》(《無模板制備具有定向孔的梯度多孔SiC陶瓷》)，選自《MATERIALS AND MANUFACTURING PROCESSES》(《材料及制備工藝》)2011年第26卷第886-889頁，采用SiC粉為原料，Si₃N₄粉為造孔劑，通過2200℃的高溫重結晶燒結工藝制備出梯度多孔SiC陶瓷。但該工藝制備溫度高、對設備要求高，難以實際應用。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種層片狀梯度多孔碳化硅陶瓷及其制備方法，該方法操作簡便、對設備要求低、環境友好，該方法能夠制得底部為大顆粒、上部為小顆粒的層片狀梯度多孔SiC陶瓷材料。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明公開的一種層片狀梯度多孔碳化硅陶瓷的制備方法，包括以下步驟：

1)配制陶瓷漿料

將分散劑溶于去離子水中制得穩定的溶液，向該穩定的溶液中加入燒結助劑和兩種或兩種以上的粒徑不同的SiC顆粒混合而成的SiC陶瓷顆粒，球磨混料，制得陶瓷漿料；