[发明专利]一种通过陶瓷前驱体骨架成型的精细陶瓷材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种通过陶瓷前驱体骨架成型的精细陶瓷材料及其制备方法和应用，涉及陶瓷技术领域。制备方法包括：将多孔泡沫浸渍到陶瓷前驱体浆料中，得到多孔陶瓷骨架胚体；对多孔陶瓷骨架胚体进行热解处理，得到多孔陶瓷骨架；在多孔陶瓷骨架内填充陶瓷粉体浆料，得到高密度陶瓷坯体；通过烧结工艺将高密度陶瓷坯体烧结为精细陶瓷材料。以多孔泡沫为模板，通过浸渍模板后热解的方法制备陶瓷骨架；将基体陶瓷粉体注入骨架固化后，烧结制备复合陶瓷烧结体。陶瓷烧结体的增强相为形貌可控的陶瓷骨架，调控了烧结体的微观结构，实现陶瓷性能提升。陶瓷骨架由陶瓷前驱体热解制备、基体陶瓷由粉体注入的方式加入，使得复合陶瓷成分可控，微观结构可控。

技术领域

本发明涉及陶瓷技术领域，尤其涉及一种通过陶瓷前驱体骨架成型的精细陶瓷材料及其制备方法和应用。

背景技术

精细陶瓷，主要包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷以及复合陶瓷，如Al₂O₃、ZrO₂、Si₃N₄、AlN、SiAlON等，具有高硬度，高强度，高韧性，耐磨性，化学稳定性，生物相容性等优良的性能，其应用越来愈广。

制备此类高性能陶瓷通常采用高纯粉体作为原料，经过精确控制化学组成、显微结构、晶粒大小，具有优异特性(热学、电子、磁性、光学、化学、机械等)。高性能陶瓷的特性和显微结构息息相关，特别是晶粒的形貌、尺寸、排布等。对微观组织的调控已经有多种方法，如纳米颗粒强化、晶须增强、相变增强、织构强化、层状强化等。SiC纳米颗粒增强、晶须增强的氧化铝或氮化硅用于切削工具，氧化锆相变增韧获得高韧性陶瓷材料，长棒状β-Si3N4晶粒自增强增韧氮化硅陶瓷材料，以及通过晶粒定向排布获得在某一方向上性能大幅度提升的织构化陶瓷材料。然而，仍然存在诸多问题，如陶瓷性能较差，以及陶瓷微观性能不可控等。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是现有精细陶瓷性能较差，以及陶瓷微观性能不可控的问题。

为了解决上述问题，本发明实施例提出如下技术方案：

第一方面，一种通过陶瓷前驱体骨架成型的精细陶瓷材料的制备方法，其包括：

S1，将多孔泡沫浸渍到陶瓷前驱体浆料中，得到多孔陶瓷骨架胚体；

S2，对多孔陶瓷骨架胚体进行热解处理，得到多孔陶瓷骨架；

S3，在多孔陶瓷骨架内填充陶瓷粉体浆料，得到高密度陶瓷坯体；

S4，通过烧结工艺将高密度陶瓷坯体烧结为精细陶瓷材料。

其进一步的技术方案为，所述多孔泡沫为开孔型泡沫塑料，所述多孔泡沫的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及聚氨酯。

其进一步的技术方案为，所述多孔泡沫的孔洞形状包括圆形以及长棒形；所述多孔泡沫的孔隙度大于30％；所述多孔泡沫的孔径大于10um。

其进一步的技术方案为，陶瓷前驱体浆料包括陶瓷前驱体、有机溶剂以及催化剂，其中，有机溶剂占陶瓷前驱体浆料的体积百分比为0vol％-60vol％。

其进一步的技术方案为，陶瓷前驱体为聚碳硅烷、聚硅氮烷、聚硅氧烷以及聚锆氧烷中的至少一种；有机溶剂为乙醇、丙酮以及二甲苯中的至少一种；热解处理温度范围为200℃-1800℃；热解处理温度气氛为氮气、氩气或真空。

其进一步的技术方案为，陶瓷粉体浆料包括陶瓷粉体以及烧结助剂；其中，陶瓷粉体为Al₂O₃、ZrO₂、Si₃N₄以及AlN中的至少一种；烧结助剂为碱土金属氧化物、稀土金属氧化物、金属氯化物以及金属氟化物中的至少一种。