[发明专利]有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti2AlN陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型结构材料领域，特别是涉及一种有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti₂AlN陶瓷的方法。 

背景技术

氮化铝钛(Ti₂AlN)陶瓷是一种具有六方结构的三元层状化合物，具有非常特别的性质。它既有陶瓷的耐高温抗氧化、耐腐蚀等性能，又有像金属一样的机械可加工性、抗热震性、高温塑性、导电、导热等，同时还有较好的自润滑性，有的报告称还有热电性。因此，实际上是一类兼有功能——结构一体化的化合物。在民用机电行业及军工领域均有广泛的应用前景，对它们的研究受到特别的重视。目前研究的重点是关于单相块状[文献(1～3)]和薄膜[文献(4～6)]Ti₂AlN的制备，而未见有将Ti₂AlN制成多孔材料的报道。 

多孔陶瓷是具有低密度、高渗透率、抗腐蚀、良好的隔热性能、耐高温和使用寿命长等优点，是一种新型功能材料。制备多孔陶瓷的工艺方法是多种多样的，工艺较成熟且用得较多的主要制备技术有：粉末烧结、浆料发泡法、有机泡沫浸渍法、溶胶-凝胶法等，后来又发展了微波加热工艺、颗粒堆积工艺等新技术[7，8]。多孔陶瓷的结构和性能受其制备工艺的影响比较大，详见表1。经比较发现，有机泡沫浸渍法制备多孔陶瓷是目前最为广泛的一种成型工艺，它可以制备出密度低、气孔分布均匀、高气孔率、三维立体网络骨架结构和贯通气孔的多孔陶瓷，适合于金属液的熔浸。并且此法制备多孔陶瓷经济实用，因此日益成为多孔陶瓷成型的焦点。 

表1多孔陶瓷传统制备工艺 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti₂AlN陶瓷的方法。所制得的产品具有均匀分布和连通的三维立体网络孔，适合于金属液的熔浸。本方法工艺简单，可以对孔隙结构和分布进行控制。 

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案： 

一种有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti₂AlN陶瓷的方法，其特征在于：将高纯Ti₂AlN粉制成固含量为50～80％的料浆，有机泡沫先经10～30％NaOH后经2～5％的羧甲基纤维素CMC预处理后，进行浸渍挂浆，坯体通过干燥、排胶、烧成，获得相互连通、分布均匀的多孔陶瓷。 

如上所述的有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti₂AlN陶瓷的方法，其特征在于：所述的分散剂为羧甲基纤维素CMC。 

如上所述的有机泡沫浸渍工艺制备多孔Ti₂AlN陶瓷的方法，其特征在于：采用包括以下步骤的工艺： 

1)将高纯Ti₂AlN粉末制成料浆，固含量为50～80％，浆料中的的分散剂、流变剂、消泡剂的加入量均为2％、0.5％、0.5％，采用蒸馏水作为溶剂，然后将浆料用恒温磁力搅拌器搅拌3小时，所述的分散剂为羧甲基纤维素CMC，此时浆料具有良好的流动性和稳定性； 

2)将有机泡沫进行预处理，先在50℃浓度为10～30％NaOH浸泡6h后取出，用清水冲洗干净后，在空气中自然干燥；再在浓度为2～5％的CMC溶液中浸泡24小时后取出，在空气中自然干燥； 

3)将预处理好的有机泡沫放入浆料中浸渍处理进行挂浆，挂浆过程中反复挤压有机泡沫，使浆料能够充分挂在有机泡沫上，将制好的坯体放在室温下自然干燥24小时，再放入烘箱中在110℃下干燥12小时； 

4)烧结步骤分为两个阶段：低温阶段在空气中进行，是泡沫的排除，坯体在0～200℃之间，升温速率为2℃/min，在200℃～700℃之间，升温速率为1℃/min；高温阶段(700℃～1300℃)在真空中进行，是多孔陶瓷的烧成，升温速率为5℃/min，在1300℃保温3小时； 

5)烧结完成后，在真空环境下，关掉电源，自然冷却。 

如上所述的工艺，料浆固含量为50％，有机泡沫海绵经20％NaOH和4％的CMC预处理；料浆固含量为70％，有机泡沫海绵经15％NaOH和3％的CMC预处理；料浆固含量为60％，有机泡沫海绵经30％NaOH和5％的CMC预处理；料浆固含量为65％，有机泡沫海绵经10％NaOH和3.5％的CMC预处理。