[发明专利]一种碳化硅泡沫陶瓷波纹板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料及其制备技术领域，具体为一种高强度、高比表面、低膨胀、高导热、抗热冲击性能好、化学稳定性高、结构可控的SiC泡沫陶瓷波纹板的制备方法。 

背景技术

网眼多孔陶瓷是一种具有三维连通网络结构的多孔陶瓷，近年来越来越引起人们的关注，尤其SiC泡沫陶瓷(参见中国专利申请，申请号：03134039.3，发明名称：一种高强度致密的泡沫碳化硅陶瓷材料及其制备方法，公开号：CN1600742A)。作为一种新型功能材料，SiC泡沫陶瓷可具有较高的连通孔隙率，且在一定程度上保持了SiC陶瓷的本质，具有低密度、高比表面、高通透性、良好的高温稳定性及抗热震性、高化学稳定性、长使役寿命等优良特性，因此适合于高温、腐蚀、氧化的环境。该类多孔陶瓷最初多用在金属熔体特别是高熔点合金的过滤上，而且随着对其研究的深入，越来越多的功能已经被开发出来，使它在冶金、化工、机械、环保、能源等行业可作为高温过滤、净化、吸收、分离、催化、混合、隔热及换热器件，应用十分广泛。 

目前，碳化硅泡沫陶瓷有以下四种方法制备：粉末烧结法、固相反应烧结法、含硅树脂热解法和气相沉积法。粉末烧结法是将含有一定量烧结助剂的碳化硅粉与连接剂(如硅酸乙脂水解液、硅溶胶等)调成合适浓度的料浆后，浸挂在聚氨脂泡沫上，固化干燥后，在200～600℃范围脱出连接剂和聚氨脂泡沫，而后，将温度升高到1500～2200℃之间进行烧结便得到泡沫状的碳化硅陶瓷；固相反应烧结法是将株状发泡剂与硅粉和碳粉均匀混合成型，通过熔化或气化脱出发泡剂，经过高温反应烧结后即获得泡沫碳化硅陶瓷；含硅树脂热解法是将有机硅前驱体制成高分子凝胶，脱出凝胶中的有机溶剂后得到泡沫状的含硅树脂，经充分预氧化后进行热解即得到泡沫碳化硅陶瓷；气相沉积法是利用化学气相沉积的方法将碳化硅沉积到网状碳纤维编织体上而获得泡沫状碳化硅陶瓷。上述四种方法均有各自的不足。前三种方法由于没有热压过程，初始密度不高，制备的泡沫状碳化硅陶瓷不致密，因而强度低，并且固相反应烧结法和含硅树脂热解法孔隙体积和尺寸难以控制；而气相沉积法面临制作成本高，速度慢等问题。这些问题使泡沫碳化硅陶瓷的应用，特别是新的应用，受到不同程度的制约。 

无论何种方法制备的碳化硅泡沫陶瓷材料，其最终得到的材料都要经过加工成型为特定形状才能够应用在实际环境下，现有的碳化硅泡沫陶瓷制备技术多采用机械加工方法得到，但机械加工面临着陶瓷材料脆、硬、刀具磨损的问题，而对于特殊的形状结构-比如本发明的碳化硅泡沫陶瓷波纹板来说，还没有克服成型的问题，限制了泡沫陶瓷在很多情况下的应用。因此现在需用到多孔波纹板结构的情况下，多采用的是易于加工的金属泡沫或者金属网络波纹板，但是金属耐高温性能、耐腐蚀性能、耐氧化性能远不如陶瓷材料，使用中寿命低的问题一直没有解决。 

发明内容

本发明的目的在于提供了一种高强、高比表面、低膨胀、高导热、抗热冲击性能好、化学稳定性高、结构可控的SiC泡沫陶瓷波纹板及其制备方法，解决碳化硅泡沫陶瓷波纹板成型等问题。所述SiC泡沫陶瓷波纹板具有SiC陶瓷的基本特性，如强度高、热膨胀系数低、耐化学腐蚀、抗氧化、高温稳定好、抗热冲击能力强等；同时具有泡沫多孔材料的高比表面、低体积密度、高孔隙率的特点；所述制备方法工艺简单，成本低。 

本发明的技术方案是： 

一种碳化硅泡沫陶瓷波纹板，所述泡沫陶瓷材质为SiC和Si，按重量分数计，其成份由90％～98％的碳化硅和10％～2％的硅组成；泡沫陶瓷板片的形状是由三角形或圆滑波形组成的波纹板。 

所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹板，碳化硅泡沫陶瓷材料以多边型封闭环为基本单元，各基本单元相互连接形成三维连通网络结构，单元孔径在10PPi～80PPi，体积分数控制在10～70％之间。 

所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹板，材料板片具有褶皱状的波纹形状，波纹形状可以是三角形或者圆滑波形；波纹尺寸结构可调。 

所述的碳化硅泡沫陶瓷波纹板的制备方法，以固体颗粒粉末和具有较高产碳率的高分子材料为原料，利用有机泡沫浸渍工艺并结合模压方法制备波纹板前驱 体，热解、烧结，具体制备过程如下： 

(1)原料准备 

将固体颗粒粉末、高分子材料、固化剂按质量百分比例为(70wt％～20wt％)∶(20wt％～70wt％)∶(1wt％～10wt％)共溶于有机溶剂中，经机械搅拌后球磨，过滤，得料浆，所述料浆溶液溶质为总质量的5～80％；