[发明专利]一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法，该制备方法包括球磨碳纤维，预制碳纤维，配制先驱体浆料，然后经过加热搅拌、冷冻、真空冷冻干燥，热氧化固化，最后经过热解、脱碳处理得到高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷。该制备方法通过引入中空多孔SiC纤维做为孔壁单元，在保证多孔功能性和不降低多孔SiC孔隙率的前提下，提高多孔材料的抗压强度，解决了目前多孔SiC陶瓷在高孔隙率下压缩性能较低的缺点，并在一定程度上降低其热导率，制备得到的多孔SiC陶瓷在航空航天隔热材料领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有密度小、机械性能高、化学稳定性好等特点，因而在飞机、火箭、机械、矿业、热工、冶金、个体防护等领域被广泛应用。目前碳化硅陶瓷的应用环境相对严苛，因此对其制备工艺也提出了更高要求。其中，航空航天用飞行器在飞行过程中要承受长时间的气动加热，导致表面摩擦生热产生高温，为保证飞行器运行结构及内部仪器的安全，需要利用高效隔热材料阻止外部热流向飞行器内部扩散。多孔SiC陶瓷材料具有低密度、高抗热震性、高化学稳定性等优点，是一种理想的轻质高效隔热材料。

目前制备多孔SiC陶瓷的工艺有：模板法、气体发泡法、冷冻干燥法。轻质、高孔隙率和高强度往往是多孔陶瓷追求的目标，而利用这些工艺制备的多孔陶瓷，高孔隙率很少与高强度结合。因此，需要提供一种保证多孔陶瓷孔隙率的同时，提升其材料强度的制备方法。

在多孔陶瓷材料的设计中，利用纤维材料补强增韧是提升陶瓷材料断裂韧性的的有效方式。其中，中空纤维不仅可以提升陶瓷材料强度，而且可以提升材料的比表面积以降低热导率。因此，探究一种高孔隙率、高强度、低导热率的多孔SiC陶瓷的制备方法具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷及其制备方法，解决现有技术制备的高孔隙率多孔SiC陶瓷抗压强度低的问题。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种高孔隙率高强度低导热率多孔SiC陶瓷的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1，球磨碳纤维：

选取商用碳纤维，将商用碳纤维与无水乙醇置于球磨罐中，在滚筒式球磨机中进行球磨处理，得到稳定的混合浆料；

步骤2，预制碳纤维：

将步骤1制得的混合浆料置于培养皿中，使混合浆料中的无水乙醇在空气中挥发，随即得到预制碳纤维；

步骤3，配制先驱体浆料：

将室温下结晶的莰烯置于烧杯中，将烧杯置于水浴搅拌锅中，温度保持在60-80℃，使莰烯转化成液体状，做为溶剂，随后加入聚碳硅烷粉末和预制碳纤维，混合得到先驱体浆料，共配制n≥2组先驱体浆料，标记为T₁，T₂，T₃，…，T_n-1，T_n，其中第n组中聚碳硅烷粉末与预制碳纤维的体积比小于第n-1组；

步骤4，加热搅拌：

将步骤3配制的先驱体浆料在60-80℃下搅拌3-6h，得到均匀的混合先驱体浆料；

步骤5，冷冻：