[发明专利]一种耐高温碳化硅-碳化铪泡沫陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种耐高温碳化硅‑碳化铪泡沫陶瓷的制备方法。该方法以可热固化特性聚碳硅烷和二氧化铪粉体和聚氨酯三种物料充分研磨混匀后，加入模具中，施加一定压力，排出粉体内部的气体得到预制体，再对该泡沫预制体进行热处理，实现聚碳硅烷的自身交联固化，最后在惰性气氛中进行高温烧结，得到碳化硅‑碳化铪泡沫陶瓷。该制备方法简单，工艺流程少，成本低，避免了溶剂的使用，有利于环境保护，制备出的泡沫陶瓷线收缩率小于12％，体积密度小1.0g/cm3，开气孔率介于60％～80％之间，抗折强度达2.0～2.3MPa，可以在1500℃长时间使用。

技术领域

本发明属于陶瓷泡沫技术领域，具体涉及一种以可热固化聚碳硅烷和二氧化铪制备耐高温碳化硅-碳化铪泡沫陶瓷的制备方法。

背景技术

传统的碳化硅泡沫陶瓷制备工艺复杂，其主要以碳化硅粉体与分散剂、烧结助剂等共混制成浆料，再与有机泡沫模版浸渍得到预制体，预制体经干燥、排除有机物等工序烧成得到碳化硅泡沫陶瓷。(梁汉琴,姚秀敏,黄政仁,刘学建.碳化硅陶瓷液相烧结时的液相生成过程[J].机械工程材料,2015,39(02):34-37.；)梁汉琴研究了SiC泡沫陶瓷烧结机理：SiC泡沫陶瓷主要是玻璃相对SiC颗粒的包覆、连接作用及新相莫来石生成。而烧结助剂的引入也不利于制备SiC物质量比相近的碳化硅泡沫陶瓷。过高的烧结温度会生成大的方石英相，从而在以后的冷却过程中出现微裂纹，影响材料的强度。

近几十年来，聚合物先驱体，如聚碳硅烷、聚硅氮烷等，作为制备陶瓷材料的前驱体近年来引起人们极大的兴趣，在专利CN 105272266 A中，李思维仅用聚碳硅烷作为泡沫陶瓷的先驱体，与溶剂二甲苯配制浆料，以处理过的聚氨酯泡沫为模板，制得挂浆产物，先经过鼓风烘箱中预氧化处理，再经高温炉中烧结得碳化硅泡沫。其制备的泡沫陶瓷中含有8wt％以上的氧，氧以SiOxCy相存在。其在1100℃以上，SiOxCy发生剧烈的分解反应，如下式所示。

SiO_xC_y→SiC(s)+CO(g)+SiO(g)

以上分解反应导致泡沫陶瓷骨架的强度损伤，限制碳化硅泡沫陶瓷的使用温度在1100℃以下。

以聚二甲基硅烷裂解制备的聚碳硅烷为先驱体，制备碳化硅陶瓷方法中，在惰性气氛中，热解得到的碳化硅陶瓷中富余碳，碳在高温有氧条件下不稳定，如下式所示。

C(s)+O₂(g)→CO(g)

以上氧化反应导致泡沫陶瓷的损伤，限制碳化硅泡沫陶瓷的使用条件。

结合碳化硅泡沫陶瓷的应用环境，有可能在高温空气气氛中，减少碳化硅陶瓷中富余碳，是提高其使用性能的关键所在。

现有技术总结：以碳化硅颗粒与粘结剂和溶剂配成浆料，以泡沫结构的有机物为模板，浸渍后，在1300℃左右进行烧结，但是缺点明显：浆料的均匀性很难保证，制备过程有溶剂的使用，不利于环境保护；以有机硅烷化合物聚碳硅烷为先驱体，先驱体法制备泡沫陶瓷，这一部分研究不多见，技术尚待开发。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种以可热固化聚碳硅烷和二氧化铪制备耐高温碳化硅-碳化铪泡沫陶瓷的制备方法。

以可热固化聚碳硅烷和二氧化铪粉体和聚氨酯三种物料为原料。进过充分研磨混匀后，粉体加入模具中，对模具施加一定压力，排出粉体内部的气体得到预制体，再对该预制体进行热处理，实现聚碳硅烷的自身交联固化，最后在惰性气氛中进行高温热解烧结，得到碳化硅-碳化铪泡沫陶瓷。该制备方法简单，工艺流程少，成本低，避免了溶剂的使用，保护环境，原料来源充足，具有很大的实际应用价值和环境保护价值。