[发明专利]一种利用凝胶注模法制备氮化硅多孔陶瓷的方法无效
申请号: | 200910021515.9 | 申请日: | 2009-03-13 |
公开(公告)号: | CN101503298A | 公开(公告)日: | 2009-08-12 |
发明(设计)人: | 王红洁;余娟丽;张健;张大海;严友兰;浑丙利;乔冠军 | 申请(专利权)人: | 西安交通大学;航天材料及工艺研究所 |
主分类号: | C04B35/624 | 分类号: | C04B35/624;C04B35/584;C04B35/622 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 | 代理人: | 陆万寿 |
地址: | 710049陕*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 利用 凝胶 法制 氮化 多孔 陶瓷 方法 | ||
(一)技术领域:
本发明属于多孔陶瓷领域,涉及一种凝胶注模法制备高性能氮化硅多孔 陶瓷。
(二)背景技术:
多孔陶瓷作为一种性能优异、前景广阔的新型材料,在石油、化工、环 保、冶金、机械、矿山、食品、医药、生物、航天、航空等领域具有广泛应 用。特别是在化工领域,多孔陶瓷作为过滤材料,广泛应用于水的净化处理, 油类的分离过滤以及有机溶液、酸碱溶液、其它粘性液体和压缩空气、焦炉 煤气、蒸汽、甲烷、乙炔等气体的分离过滤。与传统的压滤脱水法相比,使 用多孔陶瓷,由于其高气孔率、高强度、气孔细小弥散,在节能、环保、脱 水效果等方面具有突出优点。
氮化硅陶瓷是结构陶瓷中综合性能最好的材料之一,它的电学、热学和 机械性能十分优良,在氧化气氛中可以使用到1400℃,在中性或者还原性气 氛中可以使用到1850℃。它既有一般陶瓷材料的坚硬、耐热、耐磨、耐腐蚀 的优点,又具备了抗热震性好、耐高温蠕变和化学稳定性能佳等特性。同时, 由于多孔氮化硅陶瓷具有介电常数低、高频介电性能稳定、耐热性能良好和 使用寿命长等优点,逐渐成为航天、航空材料研究领域中的热点之一。
多孔陶瓷首要特征是其多孔特性,制备的关键和难点是形成多孔结构。 常用多孔陶瓷的制备工艺有颗粒堆积成型工艺、发泡工艺、添加造孔剂工艺、 有机泡沫体浸渍工艺、溶胶-凝胶法等,其中造孔剂法是制备多孔陶瓷的一种 重要工艺。
添加造孔剂工艺是通过在陶瓷坯料中添加造孔剂,利用造孔剂在坯体中 占据一定的空间,然后经过排塑、烧结,造孔剂离开基体而成气孔来制备多 孔陶瓷。通常使用的易挥发性物质有炭粉、锯末屑、萘、淀粉、聚乙烯醇(PVA)、 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚苯乙烯颗粒等。一些 熔点较高,但可溶于水、酸或碱溶液的各种无机盐或其它化合物如:Na2SO4、 CaSO4、NaCl、CaCl2等也可作为造孔剂。该类造孔剂的特点是在基体陶瓷烧 结温度下不排除,待基体烧结后,用水、酸或碱溶液浸出造孔剂而成为多孔 陶瓷。采用造孔剂法制备的多孔陶瓷孔径大,强度低。
上个世纪90年代美国橡树岭国家实验室首次提出了凝胶注模成型工艺 (Gel casting)。它是一种被广泛应用的新型成型方法。这种新的成型技术 采用非孔模具,利用浆料内部少量添加剂的化学反应作用从而使陶瓷浆料原 位凝固形成坯体,获得具有良好微观均匀性的素坯,从而显著提高材料的可 靠性。凝胶注模法工艺特点有:凝固时间可调,强度高;浆料固体含量高(体 积百分数约为50重量份),制品显微结构均匀;工艺简单,可以实现近净尺 寸成型、为复杂形状陶瓷制品找到了一条低成本的制备方法。目前凝胶注模 法主要集中在致密陶瓷制品上,较少有采用此方法制备多孔陶瓷的。国内只 有专利ZL 03128066.8(陈晓明,成国煌,邢辉,李世普.水基凝胶注模成 型法制备多孔陶瓷的工艺)介绍了一种水基凝胶注模成型法制备多孔陶瓷的 方法;专利ZL200310114506.7(田贵山;唐竹兴;任京成等,大孔径多孔陶瓷 元件的制备方法)介绍了一种大孔径多孔陶瓷元件的制备方法;但其主要特 征也是通过添加造孔剂的方法造孔。
美国专利NO.5192607(Thomas Gsoukup,Clearwater,Fla.Dispersant for carbon black-filled foam.U.S.Pat.1993)介绍的方法是:在初始陶 瓷粉体内引入加热时能聚合的非饱和碳氢化合物、乳化剂和水,通过变化水 量来调整孔隙率。利用该方法可以制备孔隙分布均匀的多孔陶瓷。专利 No.5643987(Dismukes et al,synthesis of microporous ceramics.U.S. Pat.1997)介绍的方法是:首先制备混合料,该混合料中应含有30-99份作为 造孔剂的聚合物和1-70份的氮化硅或氰化硅陶瓷粉体,然后在有惰性气体或 氨气存在的情况下加热混合料,在中间温度和最高温度保温。最终得到平均 孔隙直径约为20埃的氮化硅基微孔陶瓷。上述两种方法的共同特点也是添加 造孔剂造孔。目前造孔剂法存在的问题是造孔剂的比重一般小于陶瓷原料的 比重,而且它们的粒度大小往往不同,因此导致造孔剂在坯体中不能均匀分 布,使气孔分布均匀性差,强度低。
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