[发明专利]一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法，属于多孔陶瓷技术领域。所述的AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷采用平行排列的SiC基陶瓷层作为基体，SiC基陶瓷层间存在层状贯通孔，大量AlN晶须端部粘附在SiC基陶瓷层表面并向层状贯通孔中伸出。这些AlN晶须相互交叉在层状贯通孔中形成三维网状结构，从而能够提高层状多孔SiC陶瓷的比表面积，并可以实现对SiC基陶瓷层的有效支撑，增加层状多孔SiC陶瓷的强度。本发明的AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷的比表面积和压缩强度明显增加，能显著提高层状多孔SiC陶瓷的使用价值。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷技术领域，具体涉及一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷是一种具有大量贯通及非贯通的孔道结构的陶瓷材料。较高的孔隙率使其具有密度低、热绝缘性好、比表面积高、介电常数低、渗透性好等优点。碳化硅(SiC)是一种性能优异的陶瓷材料。多孔SiC陶瓷材料除具备孔率较高、体积密度小和比表面积大等一般多孔陶瓷的优点外，而且还具有强度高，耐腐蚀，耐高温，热膨胀系数低，抗热震性和生物相容性好等特点。这些优异的性能使得多孔SiC陶瓷在过滤材料、催化剂载体、生物材料和复合材料骨架材料领域有着广阔的应用前景，在环境保护、航空航天、生物医疗、电子器件和能源化工等诸多领域有巨大的应用需求。因而，高性能多孔SiC陶瓷及制备技术的开发，能够带来巨大的经济价值和良好的社会意义。

目前多孔陶瓷的制备方法主要有添加造孔剂法、发泡法、颗粒堆积法、有机泡沫浸渍法和冰模板法等。冰模板法是以冰作为造孔模板，冻结含有陶瓷颗粒的水分散液，在水凝结成冰的过程中生长的冰晶尖端推动陶瓷颗粒到冰晶间的空隙处，使陶瓷颗粒在冰模板的作用下组装成特定的结构，经冷冻干燥后冰晶升华被去除，原来冰晶所占据的位置形成孔隙，因而冷冻铸造多孔陶瓷中的孔隙结构是冰晶形貌的复制。相比于其他制备方法，冰模板法不仅具有工艺简单、灵活(适用于金属、陶瓷、有机物等各种材料)、绿色环保等优点；而且，该方法制备的多孔陶瓷强度更高，其孔隙结构具有良好的可调控性。该方法制备出形状复杂、结构精细的多孔结构以及长度极大的层状或蜂窝状贯通孔。这些特点使得冰模板多孔陶瓷具有极佳的使用价值和市场前景。

质脆多孔的特性使得多孔陶瓷力学性能普遍不佳，容易在使用过程中损坏，因而提高多孔陶瓷的强度对减少多孔陶瓷在应用中的损坏和改善多孔陶瓷的使用性能与价值具有重要意义。而对于作为催化剂载体、热交换器和气体传感器等器件使用的多孔陶瓷，提高其表面积对改善其使用性能具有重要意义。目前的冰模板法制备多孔SiC陶瓷的强度和比表面积仍不足够高，从而限制了其应用价值。

发明内容

针对现有技术中多孔SiC陶瓷的强度和比表面积不高的现状，本发明提供一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法。该多孔陶瓷的制备流程为：先采用现有的冰模板法制备层状多孔SiC陶瓷，然后将Al-Mg合金填充到层状多孔SiC陶瓷的孔隙中，并在氮气环境中高温加热，使Al与氮气反应并在层状多孔SiC陶瓷的SiC陶瓷层表面生长成AlN晶须，最终形成一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷。AlN晶须具有高强度和高比表面积，因而在层状多孔SiC陶瓷的SiC陶瓷层表面引入AlN晶须，可以有效地提高层状多孔SiC陶瓷的强度和比表面积。

为了达到改善多孔SiC陶瓷的强度和比表面积的目的，本发明的技术方案为：

一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷，所述的AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷采用平行排列的SiC基陶瓷层作为基体，SiC基陶瓷层间存在层状贯通孔，大量AlN晶须端部粘附在SiC基陶瓷层表面并向层状贯通孔中伸出。这些AlN晶须相互交叉在层状贯通孔中形成三维网状结构，从而能够提高层状多孔SiC陶瓷的比表面积，并可以实现对SiC基陶瓷层的有效支撑，增加层状多孔SiC陶瓷的强度。

所述的SiC的基陶瓷层主要由SiC和Al₂O₃构成。

一种AlN晶须增强层状多孔SiC陶瓷制备方法，具体步骤如下：