[发明专利]一种抗氧化HfC/SiC泡沫及其制备方法

说明书

本发明提出一种抗氧化HfC/SiC泡沫及其制备方法，采用混合料浆浸渍有机泡沫，将硅铪合金引入到有机泡沫内部，再经裂解、熔融反应，使泡沫内均质分布的硅铪合金与碳反应，原位生成SiC和HfC。本发明从泡沫本体出发，在本体内部引入碳先驱体的同时引入难熔金属Hf，形成HfC/SiC复合泡沫，使其在高温有氧环境下，表面形成HfO₂、SiO₂复合保护膜，在两种氧化物的协同作用下，提高泡沫的抗氧化性能。

技术领域

本发明涉及一种抗氧化HfC/SiC泡沫及其制备方法，属于泡沫陶瓷技术领域。

背景技术

SiC泡沫陶瓷是一种内部结构中含有很多孔隙的无机非金属材料，除了孔隙率高、比表面积大外，还具有相对密度小、轻质高强、耐温耐腐、低热膨胀等特性，可制备多孔介质燃烧器、催化剂载体、熔融金属过滤器等多类型耐高温器件，在环保、化工、冶金、能源等领域具有广泛的应用前景。

目前，SiC泡沫陶瓷主要制备方法包括粉末烧结法、固相反应烧结法、含硅树脂热解法、气相沉积法，所制备出SiC泡沫陶瓷多为纯SiC泡沫。在低于1650℃氧化条件下使用时，SiC被动氧化在材料表面形成SiO₂保护层，阻止内部材料的进一步氧化。然而，随着使用需求温度的提升以及长期使用，材料表面的SiO₂保护膜层会被流体剥离，导致材料内部材质的暴露及氧化，导致SiC泡沫持续损耗，缩短其使用寿命。

专利CN 101555164A首先对SiC泡沫陶瓷进行高温预氧化处理，然后在惰性气氛或真空条件下，在其表面溅射一层金属Al，然后再次通过高温氧化，在泡沫陶瓷表面形成一层致密的抗高温氧化涂层。专利CN 101555161A则通过预氧化的方法在SiC泡沫陶瓷表面直接形成一层厚度约5～30μm的SiO₂保护膜，提高保护膜的致密程度，从而提高了SiC泡沫陶瓷的抗氧化能力。上述方案均是在泡沫陶瓷表面制备致密的抗氧化层以阻止氧的进一步扩散来提高SiC泡沫的抗氧化能力。然而上述方案并没有考虑，实际使用过程中，当抗氧化层损耗以后，SiC泡沫本体会依然暴露在高温、氧化环境中，泡沫的抗氧化能力大为下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种在泡沫本体内部添加耐高温抗氧化组元HfC成分，使泡沫中多种抗氧化组元产生协同抗氧化作用，提升泡沫的抗氧化能力以及使用温度的抗氧化HfC/SiC泡沫及其制备方法。

本发明的技术解决方案：一种抗氧化HfC/SiC泡沫，采用混合料浆浸渍有机泡沫，将硅铪合金引入到有机泡沫内部，待料浆固化后，再经裂解、熔融反应，使泡沫内均质分布的硅铪合金与碳反应，原位生成SiC和HfC；

所述的混合料浆包括碳先驱体、聚乙二醇、硅铪合金粉末和适量溶剂，所述的碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1，所述的碳先驱体与硅铪合金粉末的质量比为6～15：1。

硅铪合金粉末采用市售产品，其粒径为100nm-1μm，硅铪合金粉末中硅的质量分数为5～25％，铪的质量分数为75～95％。

一种抗氧化HfC/SiC泡沫制备方法，通过以下步骤实现：

第一步，混合料浆配制，

A1.1、将碳先驱体、聚乙二醇溶解在溶剂中，得到混合溶液，碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1；

本发明对碳先驱体树脂种类没有特殊限定，只要是可以通过裂解工艺控制产生具有多孔结构碳基体的树脂即可，如常用的呋喃树脂或酚醛树脂等。

本发明采用聚乙二醇作为分散剂，使硅铪合金粉在料浆中均匀分散，聚乙二醇添加量太少，则使硅铪合金粉分散不够均匀，容易导致最终反应不够彻底，添加量过多，则使碳先驱体在固化过程中难以交联固化；碳先驱体与聚乙二醇的质量比为20～40：1时，对硅铪合金粉在料浆中的分散效果最佳，比例在上述范围内变化时，对最终制品的性能没有明显影响。