[发明专利]一种高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔陶瓷材料领域，具体为一种通过发泡注凝工艺制备高孔隙率及高强度钇硅氧(γ-Y₂Si₂O₇)多孔陶瓷材料的方法。

背景技术

钇硅氧(γ-Y₂Si₂O₇)陶瓷具有许多卓越的性能，其热导率极低（<3W/(m·K)，>300℃）、热膨胀系数小（～3.9×10^-6K^-1，25～1400℃）、损伤容限良好、耐热腐蚀性高，还具有优良的化学和热稳定性（J.Y.Wang,et al.Acta.Mater.(材料学报).2007(55):6019–26.）。凭借其优异的综合性能使得γ-Y₂Si₂O₇陶瓷具有广阔的应用前景，例如：可作为高温结构材料、硅基陶瓷的环障涂层和优良的绝热材料等。

目前，关于钇硅氧陶瓷块体材料和涂层制备及性能方面的研究较多，而γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷的合成和性能的相关报道很少。γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷将拥有γ-Y₂Si₂O₇陶瓷和多孔陶瓷共同的优点，即高比表强度、高孔隙率、低热导率、低密度以及良好抗氧化和耐高温等性能（A.R.Studart,et al.J.Am.Ceram.Soc.(美国陶瓷学会会刊).2006(89):1771-89.）。所以，γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷可作为航空、航天领域中优良的热绝缘和热防护材料，具备极其诱人的前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，使γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷具有高孔隙率和高强度的特点。

本发明的技术方案如下：

一种高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，钇硅氧陶瓷材料为γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷，具体步骤如下：

1）浆料的配制：按质量份数计，以Y₂O₃和SiO₂摩尔比1：2的混合粉末80～120份、去离子水30～50份、有机单体4～8份、分散剂0.5～1.5份、交联剂N,N′-亚甲基双丙烯酰胺0.3～0.9份为原料，进行混合，然后搅拌1～4小时，形成浆料；

2）按质量份数计，向所述浆料中加入发泡剂十二烷基硫酸钠0.5～1.5份，搅拌进行发泡15～30分钟，接着加入起皮抑制剂0.5～1.5份、催化剂N,N,N′,N′-四甲基乙二胺2～6份和引发剂过硫酸铵1～5份，搅拌20～60秒后立刻注模，脱模后形成坯体；

3）将坯体在室温下干燥24～48小时，然后在烘箱中60～90℃干燥24～36小时，最后在空气中1500～1550℃下进行高温反应烧结，烧除有机物凝胶，便可获得兼具宏观孔和微米孔的γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷材料。

所述的高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，γ-Y₂Si₂O₇多孔陶瓷材料的孔隙率范围为75～85%，宏观孔均匀分布，孔径范围为80～300μm，宏观孔的孔壁具有微米孔，孔径范围为0.1～2μm。

所述的高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，Y₂O₃和SiO₂的混合粉末的粒度尺寸范围为0.1～3.5μm。

所述的高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，有机单体为丙烯酰胺或N-羟甲基丙烯酰胺，分散剂为聚乙烯亚胺或柠檬酸铵；起皮抑制剂为聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙二醇或淀粉。

所述的高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，催化剂N,N,N′,N′-四甲基乙二胺和引发剂过硫酸铵为质量分数15～25%的水溶液。

所述的高孔隙率及高强度钇硅氧多孔陶瓷的制备方法，高温反应烧结的升温速率为4～8℃/分钟，保温时间为1.5～2.5小时。