[发明专利]一种多孔碳化硅基复合陶瓷材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种多孔碳化硅基复合陶瓷材料及其制备方法和用途。所述方法包括：1)将多孔碳模板浸渍在溶有含锆聚合物的液态聚碳硅烷前驱体中，得到碳化硅基复合陶瓷前驱体浸渍的碳模板；2)将碳化硅基复合陶瓷前驱体浸渍的碳模板，进行固化，然后在保护性气氛中进行高温陶瓷化，得到所述的多孔碳化硅基复合陶瓷材料。所述复合陶瓷材料，属于轻质复合陶瓷材料，热导率低，导热系数为0.12‑0.66W·m^‑1·K^‑1，可用作隔热材料，满足高温下隔热和能源转化等方面的需求。所述制备方法，使得碳模板的多孔结构和显微形貌可以很好地被保留下来，成本低廉、产率较高和重现性好，易于实现，具有较强的拓展性和较高的应用价值。

技术领域

本发明涉及碳化硅基复合陶瓷材料技术领域，具体涉及一种多孔碳化硅基复合陶瓷材料及其制备方法和用途。

背景技术

多孔碳化硅基复合陶瓷材料通常表现出许多特殊的性能，例如低密度，高比表面积、高渗透性以及良好的耐高温性能等，这些性能是其固体材料所无法达到的。因此，多孔碳化硅基复合材料对于工业应用来说具有很大的吸引力，它们可被用作催化剂载体、隔热材料、过滤器和超高温轻质结构构件等。由于其均匀的开孔细胞结构和复杂的层状显微结构能够拥有许多独特的特性，例如低密度下具有较低的热导率，可应用于航空航天、能源和交通运输领域中的耐高温热绝缘和热防护材料。

CN105439563A公开了一种整体式多孔碳-碳化硅复合材料及其制备方法，该复合材料是首先通过将碳化硅粉、硅粉、含碳粉末、助烧结剂在水中充分搅拌分散，然后利用冰晶造孔法或有机聚合物泡沫模板造孔法制成胚体，经过高温烧结后制得整体式碳化硅核体；再通过原位生成法或含碳前驱体聚合碳化法在多孔SiC核体孔道上生成一层具有较高机械强度且稳定的含碳壳层。本发明的这种复合材料具有高比表面积、易活化表面、耐酸碱腐蚀、耐高温、良好的导热性和导电性、较高且稳定的机械强度、较低的气体通过压力降、制备成本低廉等特点，可以用作负载金属催化剂的载体或直接用作非金属催化剂，从而解决现有工业活性炭催化载体的易粉化、易堵塞、难成型、价格高等缺陷，但所述方法受有机聚合物泡沫模板或冰晶的尺寸限制，使得碳-碳化硅复合材料的孔径分布不均匀，孔隙率不可调，且重现性较差。

CN108300885A公开了一种碳化硅陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：获取网络互穿碳化硅骨架，对其进行预氧化处理；于预氧化处理后的所述网络互穿碳化硅骨架的孔隙中填充合金粉；将所述混合物置于氮气氛围下烧结，得网络互穿碳化硅陶瓷/铝基复合材料。所述方法在碳化硅骨架的孔隙中填充铝镁硅的合金粉，提高了碳化硅陶瓷复合材料的导热性能，其导热系数高达170-200W·m^-1·K^-1，限制了其在隔热领域的应用。

因此，如何开发一种孔径分布均匀、孔隙率可控，重现性和隔热效果好的多孔碳化硅基复合材料，成为目前亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种多孔碳化硅基复合陶瓷材料及其制备方法和用途。所述多孔碳化硅基复合陶瓷材料具有多级孔结构，孔径分布均匀，孔隙率较高且可控，同时具有较低的热导率，隔热效果好；所述方法成本低廉、产率较高和重现性好，易于实现，具有较强的拓展性和广泛的应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发发明提供一种多孔碳化硅基复合陶瓷材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将多孔碳模板浸渍在溶有含锆聚合物的液态聚碳硅烷前驱体中，得到碳化硅基复合陶瓷前驱体浸渍的碳模板；

(2)将步骤(1)得到的碳化硅基复合陶瓷前驱体浸渍的碳模板，进行固化，然后在保护性气氛中进行高温陶瓷化，得到所述的多孔碳化硅基复合陶瓷材料。