[发明专利]一种碳化硅泡沫陶瓷的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，将含有碳化硅的陶瓷粉体原料与陶瓷纤维加水、分散剂混合形成料浆，加热后，再加入原位固化剂和发泡剂进行发泡固化成型，再经干燥、烧成，得到碳化硅泡沫陶瓷。本发明方法能克服烧失法、模板法和普通发泡法的不足之处，通过对工艺参数的控制，有效地实现不同的孔隙率、孔隙尺寸、孔隙分布，具有高度的生产灵活性，并且能大大减轻对环境和人员健康的不良影响。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，该方法具体提供了一种通过原位固化剂和发泡剂进行料浆发泡固化成型，来实现不同孔隙大小碳化硅泡沫陶瓷的新型发泡成型制备技术。

背景技术

泡沫陶瓷是具有高孔隙率的多孔陶瓷材料，其孔隙结构类似液气体系中泡沫，因而得名。利用其丰富的孔隙结构，泡沫陶瓷具有优异的隔热保温、吸音降噪功能，并可用作高比表面积的催化剂载体，从而在建筑、化工、冶金、国防、航空航天、医疗等众多领域有着广泛应用。

根据产品使用目的不同，泡沫陶瓷通常可分为两种类型：一类的孔隙结构基本全为连通、开放的孔隙，主要用于过滤、负载催化剂等；另一类的孔隙结构绝大部分为孤立的封闭孔隙，主要起到隔热、隔音等作用。在泡沫陶瓷的材质方面，氧化铝、氧化锆等氧化物，以及碳化硅、氮化硅等非氧化物陶瓷均有应用。其中，碳化硅(SiC)泡沫陶瓷因碳化硅材料本身所具有的耐腐蚀、低膨胀、高导热、耐高温、抗氧化、高硬度等特点，在高温金属液过滤、高温气体除尘、废气催化净化、废水处理等领域得重要应用。应用于这些方面时，须要泡沫陶瓷具有大量连通、开放的孔隙结构，且孔隙尺寸根据使用目的不同会有较大差异。

碳化硅泡沫陶瓷通常采用烧失法、模板法或发泡法制备。烧失法是在碳化硅陶瓷成型粉料或料浆中混入可在高温下分解、气化的烧失剂(常用的有聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚氨酯等高分子聚合物小球，或木屑、碳颗粒等)，在高温烧成时烧失剂分解排出，留下孔隙。模板法一般是利用具有空间网络结构的高分子聚合物骨架(常用的为聚苯乙烯泡沫)，用碳化硅料浆浸渍后，使料浆中的固体颗粒附着于骨架表面；在高温烧成时有机骨架分解排出，获得具有相似空间网络结构的泡沫陶瓷体。也有文献报道，采用天然植物茎秆碳化后所形成的多孔模板，在高温下浸渍液态硅，使硅与模板中的碳反应形成具多孔结构的碳化硅陶瓷。发泡法则是制备高粘度的碳化硅料浆，通过高速搅拌发泡，形成大量气泡，待料浆凝固、干燥后，得到泡沫陶瓷坯体。以上制备工艺中，天然植物碳化模板浸液态硅的方法，成本高昂，且孔隙结构不易控制，因此应用非常有限。发泡法制备泡沫陶瓷时，因料浆凝固时间长，气泡容易破裂，故难以获得大孔隙、高连通孔隙率的泡沫陶瓷产品。而烧失法和模板法，都须要在高温下将造孔剂或模板分解为气体后排出。在该过程中会产生大量具有刺激性气味的烟气，特别在以高分子聚合物作为造孔剂或骨架时，会形成大量氮氧化物等有害气体，以及不完全燃烧的烟尘。由于碳化硅为非氧化物陶瓷，需要在非氧化的气氛下烧成，而造孔剂或有机模板的分解需要大量氧气，因此碳化硅泡沫陶瓷坯体需要先在氧化气氛中低温烧制，排除有机成分，并部分烧结后，再于非氧化气氛下进行高温烧成。操作繁琐，效率低下，且易造成产品损坏。

发明内容

本发明的目的是克服烧失法、模板法和普通发泡法的不足之处，提供了一种碳化硅泡沫陶瓷的制备方法，该方法通过原位固化剂和发泡剂进行料浆发泡固化成型，来实现不同孔隙大小的碳化硅泡沫陶瓷的新型发泡成型制备技术。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

将含有碳化硅的陶瓷粉体原料与陶瓷纤维加水、分散剂混合形成料浆，加热后，再加入原位固化剂和发泡剂进行发泡固化成型，再经干燥、烧成，得到碳化硅泡沫陶瓷。

所述的含有碳化硅的陶瓷粉体原料为碳化硅(SiC)和烧结助剂；烧结助剂为二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、三氧化二钇(Y₂O₃)、稀土氧化物粉体。

所述的加热温度为40～80℃。