[发明专利]一种高强度二维陶瓷丝网材料及其制备方法

说明书

本发明主要涉及多孔陶瓷领域，具体为一种高强度二维陶瓷丝网材料及其制备方法。基于组成材质和/或结构可调的丝网网丝(A)和/或孔型结构可调的丝网孔(B)的结构设计，结合优选的材质体系与制备方法，该材料宏观上为一层或多层的平薄片或波纹片结构，丝网网丝自身为实心或空心结构，网丝所围的丝网孔孔径为2～60目，丝网孔面积占比为50％～95％，其组成材质优选但不限于碳化硅和/或氮化硅陶瓷，制备方法优选但不限于反应烧结。本发明高强度二维陶瓷丝网材料具有强度高、耐高温、耐腐蚀、耐氧化等特点，解决制造苛刻环境服役的工业装置或零部件所需丝网结构基础材料的力学强度低、不耐腐蚀、不耐高温等问题。

技术领域：

本发明主要涉及多孔陶瓷领域，具体为一种高强度二维陶瓷丝网材料及其制备方法，适用于多种苛刻工业操作过程所需装备的构建与制造，特别适用于需要高强度、耐高温、耐化学腐蚀、耐有机溶胀等的服役环境。

背景技术：

丝网材料是采用编织、焊接、轧、冲拉、冲孔等工艺制成的网孔材料，多以二维平薄片或二维波纹片形式存在，其典型特征是厚度远远小于长度和宽度，主要功能为：筛、滤、印、固，以及提供高的几何表面积。根据构成材质的不同，主要有天然材质丝网、金属丝网、人工合成高分子丝网、玻璃纤维丝网、陶瓷丝网等几大类。作为一种重要基础材料或结构单元，丝网材料已广泛应用于航空、航天、印刷、印染、电子、采矿、制药、粮食、食品加工、化工等社会生产生活的诸多领域。

在丝网材料的应用过程中，其某些性能局限性也逐渐突显出来：(1)金属丝网，无论是铁丝网、不锈钢丝网，还是耐蚀合金(哈氏合金)丝网，都无法很好地解决酸性工况条件下的化学腐蚀问题；(2)天然材质丝网与人工合成高分子丝网，无法用于高温环境，耐溶胀性能也一般；(3)玻璃纤维丝网，服役性能受限于玻璃纤维丝表面的高分子涂层；(4)陶瓷丝网，强度低，性能差，导致有专利申报、但无满足实用要求产品的现状。除陶瓷自身脆断性原因外，丝网网孔结构设计、丝网材质和制备方法(特别是烧结方法)选择的不合理，是造成这一问题的主要原因。其中，丝网网孔结构设计不合理，使网丝节点很容易成为外加力学载荷和制备过程产生的热应力的应力集中点；丝网材质的不合理选择，直接导致陶瓷丝网力学性能的低下；通常的烧结方法均伴随较大甚至很大的收缩率，该特点与丝网导热系数低于同质致密材料规律相叠加所导致的热应力，更将放大前述两个因素造成的问题。

例如：实用新型专利(公开号CN2445806Y)公开了瓷质丝网波纹填料，但其网丝仅有横条和竖条交织而成，这种丝网结构简单，网丝节点处应力集中严重，无法进一步提高丝网材料的强度。专利(公开号CN111389340A)公开了用加强钢条提高陶瓷丝网服役性能力的结构设计方法，但它既没解决陶瓷丝网自身力学性能差的问题，还由于金属钢条的引入制约了陶瓷耐腐蚀能力的发挥。发明专利(公开号CN104072179B)公开了在金属丝网材料表面制备陶瓷涂层的技术，以提高整个丝网材料的强度，但该技术存在金属与陶瓷层热膨胀不匹配而导致陶瓷层脱落，进而金属丝网暴露而不耐腐蚀的问题。因此，面向苛刻服役环境，提高丝网材料的本征性能，促进下游工业装备扩大操作条件范围，开发新的使用范围，提高使用寿命与服役稳定性，具有重要的工业应用价值。

发明内容：

为了解决现有陶瓷丝网材料力学强度低的不足，本发明的目的在于提供一种高强度二维陶瓷丝网材料及其制备方法，以解决制造苛刻环境服役的工业装置或零部件所需丝网结构基础材料的力学强度低、不耐腐蚀、不耐高温等问题。

本发明的技术方案如下：

一种高强度二维陶瓷丝网材料，该二维陶瓷丝网材料宏观上为一层或两层以上的二维薄片结构，二维薄片结构为平薄片或波纹片结构，且二维薄片自身含有陶瓷材质和结构可调的丝网网丝，丝网网丝形成孔型结构可调的丝网孔，丝网网丝所围的丝网孔孔径为2～60目，丝网孔面积占比为50％～95％。

所述的高强度二维陶瓷丝网材料，二维陶瓷丝网材料所含的网丝自身为实心或空心结构。