[發明專利]一種多孔碳化硅陶瓷膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110259980.7
• 申請日: 2021-03-10
• 公開（公告）號: CN112876254B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 于春輝;魏飛;張晨曦;朱暢
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C04B35/565
• 分類號: C04B35/565;C04B35/622;C04B35/63
• 代理公司: 北京康盛知識產權代理有限公司 11331
• 代理人: 董娣

本發明涉及無機陶瓷膜技術領域，特別涉及一種多孔碳化硅陶瓷膜及其制備方法。在所述多孔碳化硅陶瓷膜的制備方法中，具體包括：向一碳膜表面加入含有碳化物的催化劑溶液，向該碳膜表面加入含有單質硅的硅源，通過將上述材料在惰性環境下進行高溫煅燒，使得硅源中的硅融化并在碳膜表面流淌，在所述碳化物催化劑的作用下，促使在所述碳膜表面形成多孔碳化硅孔洞，最后冷卻獲得多孔碳化硅陶瓷膜。

技術領域

本發明涉及無機陶瓷膜技術領域，特別涉及一種多孔碳化硅陶瓷膜及其制備方法。

背景技術

無機陶瓷膜作為膜材料中獨特的一類，相比于有機膜，具有機械強度高、抗腐蝕、耐高溫、壽命長等特點，其被廣范用于化學工業的各個領域碳化硅陶瓷材料因具有多種優異性能已成為應用非常廣泛的材料。多孔碳化硅陶瓷由于其具有高的強度，大的比表面積，是一種良好的催化劑載體材料。

現有的含碳化硅膜的多孔陶瓷膜的制備方法有兩種：一是將聚碳硅烷等前驅體沉積在多孔陶瓷支撐體上，然后通過高溫熱解生成碳化硅薄膜。二是將碳化硅顆粒分散到溶液中，然后將多孔陶瓷支撐體放入該溶液中放置一段時間后取出，在多孔陶瓷支撐體表面與內部孔道內附著上一層溶液，之后風干，再進行高溫燒結形成碳化硅薄膜?，F有的上述制備方法工藝復雜，以CN112299871A為例，其首先需要經過復雜的步驟制備用于燒結的漿液，然后將多孔陶瓷支撐體浸入上述漿液制備預制體，最后需要將預制體放入燒結爐中進行燒結。此外，燒結工藝也存在工藝復雜，能耗嚴重的問題，其需要將燒結爐內先抽真空至真空至10^-4-10^-6Pa，然后充入氬氣至5～10個大氣壓，然后以1000～1500℃/h的升溫速度加熱到1500～2000℃保持4～5h后降溫，最終得到含碳化硅膜的多孔陶瓷。

發明內容

本發明實施例提供了一種多孔碳化硅陶瓷膜及其制備方法，以解決現有技術中制備多孔碳化硅陶瓷膜的工藝復雜、能耗嚴重的問題。為了對披露的實施例的一些方面有一個基本的理解，下面給出了簡單的概括。該概括部分不是泛泛評述，也不是要確定關鍵/重要組成元素或描繪這些實施例的保護范圍。其唯一目的是用簡單的形式呈現一些概念，以此作為后面的詳細說明的序言。

本發明的第一個方面，提供一種多孔碳化硅陶瓷膜的制備方法。

在一些示例性的實施例中，所述多孔碳化硅陶瓷膜的制備方法，包括：

在碳膜表面加入含有金屬碳化物的催化劑溶液；

向所述碳膜表面加入含有單質硅的硅源；

將上述材料在惰性環境下進行高溫煅燒，以使所述硅源中的硅融化并在所述碳膜表面流淌；

維持預設時長后冷卻，獲得所述多孔碳化硅陶瓷膜。

本發明提供了一種全新的多孔碳化硅陶瓷膜的制備方法，通過在碳膜表面加入含有催化劑的溶液和硅源，并通過高溫煅燒使得硅源融化并在碳膜表面流淌，在催化劑的作用下，可以加速碳化硅111晶面上的生長速率，導致生成的碳化硅在某一個方向上生長很快，進而形成大的晶體。在本方法中，若不使用催化劑，則方向生長會非常緩慢，不利于孔洞的形成。在上述高溫煅燒的過程中，會生成各大小不同的晶體，后續大的晶粒會將小的晶粒融掉，最終形成孔。

本發明所提供的多孔碳化硅陶瓷膜的制備方法與現有技術相比，整體制備工藝簡單，不需要預先購置多孔陶瓷支撐體，整體能耗大幅度降低，環境較為友好。

優選的，為了進一步的提升催化劑在碳膜表面的均勻性，進而促使在碳膜表面形成較為均勻的多孔碳化硅孔洞，在所述向碳膜表面加入碳化物的催化劑溶液的操作中，可以將所述含有碳化物的催化劑溶液均勻滴或噴撒于所述碳膜表面。

碳膜的選型對多孔碳化硅薄膜的生成有影響，二維結構碳膜相比三維結構碳膜來說，具有平整的結構，可以更好的實現二維碳化硅薄膜的制備。優選的，所述碳膜為二維結構碳膜，包括石墨薄膜、石墨烯碳膜、無定型碳膜中一種或多種的組合。