[發明專利]一種碳化硅泡沫陶瓷的制備方法

在審

• 申請號: 201811573245.8
• 申請日: 2018-12-21
• 公開（公告）號: CN109437944A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 陳涵;黃威;賀毅強;劉峰
• 申請（專利權）人: 連云港市沃鑫高新材料有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/565;C04B38/10
• 代理公司: 北京思創大成知識產權代理有限公司 11614
• 代理人: 尹慧晶

本發明公開了一種碳化硅泡沫陶瓷的制備方法，將含有碳化硅的陶瓷粉體原料與陶瓷纖維加水、分散劑混合形成料漿，加熱后，再加入原位固化劑和發泡劑進行發泡固化成型，再經干燥、燒成，得到碳化硅泡沫陶瓷。本發明方法能克服燒失法、模板法和普通發泡法的不足之處，通過對工藝參數的控制，有效地實現不同的孔隙率、孔隙尺寸、孔隙分布，具有高度的生產靈活性，并且能大大減輕對環境和人員健康的不良影響。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種碳化硅泡沫陶瓷的制備方法，該方法具體提供了一種通過原位固化劑和發泡劑進行料漿發泡固化成型，來實現不同孔隙大小碳化硅泡沫陶瓷的新型發泡成型制備技術。

背景技術

泡沫陶瓷是具有高孔隙率的多孔陶瓷材料，其孔隙結構類似液氣體系中泡沫，因而得名。利用其豐富的孔隙結構，泡沫陶瓷具有優異的隔熱保溫、吸音降噪功能，并可用作高比表面積的催化劑載體，從而在建筑、化工、冶金、國防、航空航天、醫療等眾多領域有著廣泛應用。

根據產品使用目的不同，泡沫陶瓷通常可分為兩種類型：一類的孔隙結構基本全為連通、開放的孔隙，主要用于過濾、負載催化劑等；另一類的孔隙結構絕大部分為孤立的封閉孔隙，主要起到隔熱、隔音等作用。在泡沫陶瓷的材質方面，氧化鋁、氧化鋯等氧化物，以及碳化硅、氮化硅等非氧化物陶瓷均有應用。其中，碳化硅(SiC)泡沫陶瓷因碳化硅材料本身所具有的耐腐蝕、低膨脹、高導熱、耐高溫、抗氧化、高硬度等特點，在高溫金屬液過濾、高溫氣體除塵、廢氣催化凈化、廢水處理等領域得重要應用。應用于這些方面時，須要泡沫陶瓷具有大量連通、開放的孔隙結構，且孔隙尺寸根據使用目的不同會有較大差異。

碳化硅泡沫陶瓷通常采用燒失法、模板法或發泡法制備。燒失法是在碳化硅陶瓷成型粉料或料漿中混入可在高溫下分解、氣化的燒失劑(常用的有聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨酯等高分子聚合物小球，或木屑、碳顆粒等)，在高溫燒成時燒失劑分解排出，留下孔隙。模板法一般是利用具有空間網絡結構的高分子聚合物骨架(常用的為聚苯乙烯泡沫)，用碳化硅料漿浸漬后，使料漿中的固體顆粒附著于骨架表面；在高溫燒成時有機骨架分解排出，獲得具有相似空間網絡結構的泡沫陶瓷體。也有文獻報道，采用天然植物莖稈碳化后所形成的多孔模板，在高溫下浸漬液態硅，使硅與模板中的碳反應形成具多孔結構的碳化硅陶瓷。發泡法則是制備高粘度的碳化硅料漿，通過高速攪拌發泡，形成大量氣泡，待料漿凝固、干燥后，得到泡沫陶瓷坯體。以上制備工藝中，天然植物碳化模板浸液態硅的方法，成本高昂，且孔隙結構不易控制，因此應用非常有限。發泡法制備泡沫陶瓷時，因料漿凝固時間長，氣泡容易破裂，故難以獲得大孔隙、高連通孔隙率的泡沫陶瓷產品。而燒失法和模板法，都須要在高溫下將造孔劑或模板分解為氣體后排出。在該過程中會產生大量具有刺激性氣味的煙氣，特別在以高分子聚合物作為造孔劑或骨架時，會形成大量氮氧化物等有害氣體，以及不完全燃燒的煙塵。由于碳化硅為非氧化物陶瓷，需要在非氧化的氣氛下燒成，而造孔劑或有機模板的分解需要大量氧氣，因此碳化硅泡沫陶瓷坯體需要先在氧化氣氛中低溫燒制，排除有機成分，并部分燒結后，再于非氧化氣氛下進行高溫燒成。操作繁瑣，效率低下，且易造成產品損壞。

發明內容

本發明的目的是克服燒失法、模板法和普通發泡法的不足之處，提供了一種碳化硅泡沫陶瓷的制備方法，該方法通過原位固化劑和發泡劑進行料漿發泡固化成型，來實現不同孔隙大小的碳化硅泡沫陶瓷的新型發泡成型制備技術。

本發明的目的是通過以下方式實現的：

將含有碳化硅的陶瓷粉體原料與陶瓷纖維加水、分散劑混合形成料漿，加熱后，再加入原位固化劑和發泡劑進行發泡固化成型，再經干燥、燒成，得到碳化硅泡沫陶瓷。

所述的含有碳化硅的陶瓷粉體原料為碳化硅(SiC)和燒結助劑；燒結助劑為二氧化硅(SiO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)、三氧化二釔(Y₂O₃)、稀土氧化物粉體。

所述的加熱溫度為40～80℃。