[發明專利]一種具有類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202011243124.4
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112457034A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王剛;梁鵬鵬;李紅霞;韓建燊;袁波;杜鵬輝
• 申請（專利權）人: 中鋼南京環境工程技術研究院有限公司;中鋼集團洛陽耐火材料研究院有限公司
• 主分類號: C04B35/80
• 分類號: C04B35/80;C04B35/64;C04B38/06
• 代理公司: 洛陽明律專利代理事務所(普通合伙) 41118
• 代理人: 李娟

本發明提供一種具有類鼻毛?鼻孔結構的C/SiC復合材料及其制備方法。制備方法以淀粉、SiO₂為主要原料，水為溶劑，加入分散劑和發泡劑，淀粉經過溶膠、發泡、凝膠固化、碳化后形成含二氧化硅的泡沫碳；經過原位高溫碳熱還原反應后，在泡沫碳的氣孔中生長大量SiC納米線，SiC納米線的生成，修飾了泡沫C的孔結構，限制對流和輻射傳熱，顯著降低了材料的熱導率。該材料既具有泡沫材料的隔熱性能，也具有C和SiC材料的耐高溫性能，是一種優良的高溫耐火隔熱材料。此外，該材料在催化劑載體，煙塵過濾等領域也具有應用前景。

技術領域

本發明屬于多孔材料領域，具體涉及一種具有類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料的制備方法。

背景技術

泡沫碳（foam carbon）是指泡沫狀多孔質的碳材料。泡沫碳是一種由孔泡和相互連接的孔泡壁組成的具有三維網狀結構的輕質多孔材料。除具有碳材料的常規性能外，還具有密度小、強度高、抗熱震、易加工等特性和良好的吸波等物理和化學性能，這些優異的性能使泡沫碳在化工、航空航天、電子等諸多技術領域應用。

泡沫碳具有C材料的高溫穩定性，同時又具有輕質材料的隔熱性能。它是一種潛在的航空用高溫隔熱材料。但是，一般泡沫碳的多是由有機物經過高溫發泡-碳化后制得，該法所到的材料的氣孔較大（多為微米級或微米以上），高溫時，這些氣孔可以為對流和輻射傳熱提供通道，材料的熱導率隨溫度升高明顯變大，其高溫隔熱性能不佳，未達到人們的期望水平。

發明內容

為解決泡沫碳高溫隔熱性能差的問題，本發明的目的是提供一種具有類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料的制備方法。

本發明為完成上述目的采用如下技術方案：

一種具有類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料的制備方法，制備方法以淀粉、SiO₂為主要原料，水為溶劑，加入分散劑和發泡劑，淀粉經過溶膠、發泡、凝膠固化、碳化后形成含二氧化硅的泡沫碳；經過原位高溫碳熱還原反應后，在泡沫碳的氣孔中生長大量SiC納米線，SiC納米線的生成，修飾了泡沫C的孔結構，限制對流和輻射傳熱，顯著降低了材料的熱導率，具體步驟如下：

1）含硅淀粉溶膠配制：

將淀粉、二氧化硅、水和分散劑按一定比例放入行星式球磨機中球磨混合均勻得到穩定的含二氧化硅淀粉溶膠；

2）發泡步驟：

將步驟1）得到的含二氧化硅淀粉溶膠，加入發泡劑，用攪拌機攪拌20 min，在30~45℃，靜置2 h 得到多孔溶膠；

3）凝膠固化步驟：

將步驟2）得到的多孔溶膠，水浴加熱80~100 ℃保溫40 min，110 ℃干燥至恒重，得到多孔凝膠；

4）碳化步驟：

將步驟3）得到的多孔凝膠，在氮氣或氬氣保護下600 ℃碳化至恒重，得到含二氧化硅的泡沫碳；

5）碳熱還原反應步驟：

將步驟4）得到的含二氧化硅的泡沫碳，在氬氣保護條件下，以10~15 ℃/min的升溫速率升至1550~1850 ℃，1500~1800 ℃保溫3~10 h后隨爐冷卻,得到類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料。

步驟1）所述的淀粉為小麥淀粉、玉米淀粉、紅薯淀粉和高粱淀粉等淀粉中的一種或多種。

步驟1）所述的分散劑為聚丙烯酰胺、CAMTMENT FS20、四甲基乙二胺中的一種或多種。

步驟2）所述的發泡劑為十二烷基硫酸三乙醇胺、酵母、蛋清、小蘇打等發泡劑的一種或多種。

所述的淀粉、二氧化硅、發泡劑、水和分散劑的質量比為100：5~15 :0.5~10:80~130:0.02~1。

本發明的一種具有類鼻毛-鼻孔結構的C/SiC復合材料的制備方法，采用上述技術方案，具有如下特點：