[发明专利]一种高导热率纯质多孔碳化硅材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及多孔材料领域，具体地说是一种高导热率纯质多孔碳化硅材料及其制备方法和应用。该多孔碳化硅材料由三维连通的纯质碳化硅网络和三维连通的孔隙网络通过相互贯穿的方式构建而成。其中，碳化硅网络由碳化硅晶粒通过晶界连接而成，以保证多孔碳化硅材料的高导热率。采用本发明所述的结构设计和制备方法，可制得孔隙尺寸、孔隙率高度可调的高导热率纯质多孔碳化硅材料。本发明所述的纯质多孔碳化硅材料是一种新型的多孔材料，制备工艺简单、效率高，其具有广泛的应用前景，可应用于如下诸多领域：复合材料增强体、散热材料、电磁屏蔽材料、吸波材料、过滤器、生物材料、催化载体材料、电极材料、吸声/降噪材料。

技术领域

本发明涉及多孔材料领域，具体地说是一种高导热率纯质多孔碳化硅材料及其制备方法和应用。

背景技术

始于20世纪70年代的多孔碳化硅材料是一类包含大量孔隙的碳化硅陶瓷材料，除具备孔隙率高、体积密度小和比表面积大等一般多孔陶瓷的优点外，还具备硬度大、耐腐蚀、耐高温、热导率高、热膨胀系数低和抗热震等碳化硅自身的优良物理性质，因而在冶金、化工、能源、电子及生物等多个领域得到广泛应用。多孔碳化硅陶瓷因其特殊三维结构以及碳化硅本身特有的高导热率特性，使其作为增强体在多孔碳化硅/金属散热材料中具有极好的应用前景，但是目前研制出的多孔碳化硅陶瓷因其存在的诸多问题，在实际应用中仍然难以满足使用需求。

传统制备方法所获得的多孔碳化硅材料，尽管其制备的多孔碳化硅具有三维连通结构，但是碳化硅的粘结成型需要靠添加大量的氧化物或者其他陶瓷材料，氧化物或者其他陶瓷材料导热性能明显低于碳化硅材料，影响多孔碳化硅陶瓷整体导热率，这导致传统的多孔碳化硅材料难以满足特定条件下的需求。

同时，新兴的多孔碳化硅制备方法是用添加聚碳硅烷添加剂烧结多孔碳化硅陶瓷，这种方法制备多孔碳化硅陶瓷易于成型，个别性能优异，但是碳化硅颗粒是靠Si-O-C形式连接，而非碳化硅颗粒间晶界连接，这同样会同影响导热性能，同时其制备成本高昂，难以适用工业化生产。采用超高温烧结工艺，以碳化硅颗粒为原料可以烧结出晶界连接多孔碳化硅材料，但其孔隙分布不均匀，且性能各向异性，难以满足实际需求。因此，亟需研发一种具有低成本与高性能的新型多孔碳化硅材料及其制备工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热率纯质多孔碳化硅材料及其制备方法和应用，解决现有技术中导热率低、成本高、材料不耐高温、耐腐蚀性差、力学性能差等问题。

本发明的技术方案是：

一种高导热率纯质多孔碳化硅材料，该多孔碳化硅材料由三维连通的纯质碳化硅网络和三维连通的孔隙网络通过相互贯穿的方式构建而成。

所述的高导热率纯质多孔碳化硅材料，纯质是指多孔碳化硅纯度大于95wt.％。

所述的高导热率纯质多孔碳化硅材料，孔隙尺寸在50nm～100μm范围调节，优选为100nm～80μm。

所述的高导热率纯质多孔碳化硅材料，纯质碳化硅孔隙率在20％～60％范围调节，优选为25％～55％。

所述的高导热率纯质多孔碳化硅材料，碳化硅网络由碳化硅晶粒通过晶界连接而成。

所述的高导热率纯质多孔碳化硅材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

(1)混料工艺

浆料由主成分粉料、粘结剂、固化剂、溶剂按50～500g：50～500g：(大于0至0.2)倍粘结剂质量：50～1000mL的配比，经充分球磨混料制成；其中，

主成分粉料选自陶瓷或碳材料的一种或两种，陶瓷材质选自以下的一种或两种：碳化硅、硅，碳材料材选自以下的一种或两种以上：活性炭、无定型碳、有序介孔碳、无序介孔碳、石墨；