[发明专利]一种富ZrC相泡沫陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种富ZrC相泡沫陶瓷，按质量百分比由以下组分组成：C相质量百分比为11％～25％，ZrC相质量百分比为75％～89％，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了其制备方法：首先利用有机合成法制备一定粘度的含锆聚合物，然后添加发泡剂和表面活性剂搅拌均匀并干燥，最后经过高温裂解反应，得到富ZrC相泡沫陶瓷。本发明制备方法直接发泡形成多孔坯体，且泡沫陶瓷中ZrC相含量高，制备工艺流程少，成本低。

技术领域

本发明属于超高温陶瓷材料技术领域，具体涉及一种富ZrC相泡沫陶瓷，本发明还涉及该富ZrC相泡沫陶瓷的制备方法。

背景技术

超高温材料是指在有氧和应力的环境下，能在2000℃以上使用并且具有较高强度的保持率。这种材料具有高温抗氧化性和高温强度性能，能够适应超音速长时飞行、跨大气层飞行等极端环境，可用于发动机热端、机翼前缘、飞行器鼻锥等各关键部位或部件，在航空航天和国防事业上发挥着越来越重要的作用。

超高温陶瓷是超高温材料中重要的一员，具有熔点高、硬度大、高的使用温度等特点。在众多的超高温陶瓷中，ZrC具有高熔点(3540℃)、高强度、密度小、成本低、耐腐蚀、化学稳定性好和良好的抗热震性能，是一种性能优异的高温结构材料。在高温氧化环境中，氧化产物ZrO₂不仅熔点高(2770℃)，还具有相对低的蒸气压和热导率，且氧化生成的ZrO₂玻璃层可有效防止材料的进一步氧化烧蚀，所以超高温陶瓷相组分的含量决定了超高温材料性能的优劣。

泡沫陶瓷材料是具有三维空间网络结构的高孔隙率的多孔陶瓷体。常用于制备泡沫陶瓷的工艺有：有机泡沫浸渍工艺、发泡工艺、溶胶凝胶工艺等。

专利《高孔隙率开孔碳化锆多孔陶瓷的制备方法》(申请日：2017.12.16；申请号：201711356819.1；公开号：CN108046805A；公开日：2018.05.18)以聚氨酯有机泡沫为模板，浸渍碳化锆溶胶形成多孔泡沫前驱体，最后经过热处理后得到碳化锆泡沫陶瓷。该制备方法简单，所得泡沫陶瓷孔隙率高。由于在制备过程中除了加入必须的碳源外还有聚氨酯有机泡沫模板，使得热处理后的泡沫陶瓷中C相含量增加。专利《ZrC泡沫陶瓷及其制备方法》(申请日：2014.09.18；申请号：201410477411.X；公开号CN 104261871；公开日：2015.01.07)以C泡沫素坯为基材，熔融的Zr金属为浸渍液，采用低温浸渍-高温反应两步法熔渗工艺得到ZrC泡沫陶瓷。该方法不仅可以制备出高孔隙率的碳化锆陶瓷，还提高了泡沫陶瓷的力学性能。该方法制备出高孔隙率的碳化锆陶瓷，提高泡沫陶瓷力学性能。但其工艺条件要求苛刻，烧结温度高，操作难度大，安全性低，不利于扩展使用。

专利《一种多孔超高温陶瓷材料的制备方法》(申请日：2013.12.25；申请号：201310728971.3；公开号CN 103804013；公开日：2014.05.21)利用有机-无机复合发泡法制备碳化物基多孔隙陶瓷体。具体步骤为：首先按照步骤制备ZrO₂溶胶，将一定比例ZrO₂溶胶和酚醛树脂混合，加入发泡剂、表面活性剂和固化剂，在30℃恒温下搅拌使其混合均匀。将浆料倒入模具中进行发泡、固化工艺，最后经过热处理得到ZrC泡沫陶瓷。该方法成本低、简单易行，制得的泡沫陶瓷组分中大分子树脂(酚醛树脂、聚氨酯等)的比例较高，使得陶瓷产物中ZrC相含量低。

专利《一种复合泡沫陶瓷材料》(申请日：2016.12.14；申请号：201611152666.4；公开号CN 106747564；公开日：2017.05.31)通过将碳化锆粉和硼镁矿粉分散在聚乙烯醇溶液中，并添加分散剂和稳定剂使其形成稳定体系，再进行烧结等工艺制备复合泡沫陶瓷。该方法制备的陶瓷产物中ZrC相含量高，但固液两相分布不均，使复合泡沫陶瓷中陶瓷元素分布不均匀。

目前，制备ZrC泡沫陶瓷的方法中需添加大分子树脂或者有机泡沫骨架制备ZrC泡沫陶瓷。制备的ZrC泡沫陶瓷中ZrC相组份低，且制备工艺复杂。

发明内容