[发明专利]高强开孔泡沫陶瓷和其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及陶瓷领域，涉及高强开孔泡沫陶瓷，例如用作为袋式过滤器、用于过滤的支承体、热交换器、交流换热器、电加热的恒温器、催化剂载体、用于表面辐射燃烧器的释热元件和容积燃烧器(Volumenbrenner)，高温反应室、吸声器或用于高温配电板的增强材料，以及涉及它们的制备方法。

现有技术

按“Schwartzwalder法”制备开孔泡沫陶瓷的方法是众所周知的，该方法在工业上具有利用价值并且具有长远的发展前景。有关的方法包括将开孔聚合物泡沫切割成所需的构件，接着用由陶瓷颗粒和水或溶剂组成的悬浮液进行浸渍。然后，一次或多次机械挤压经浸渍的聚合物泡沫，随后进行干燥。现在，烧尽聚合物泡沫，然后烧结残留的陶瓷层(US3090094)。

根据该方法制备的开孔泡沫陶瓷是起始原料孔状聚合物结构的模型。由于燃烧掉聚合物泡沫，残留的陶瓷体是空心的。这种陶瓷体的横截面是三面体，而且横截面上空腔的形状同样是三面体。在空腔的边缘上，陶瓷层常常开裂。空腔和裂纹导致机械强度极低。原因是由于在烧结时陶瓷层收缩，这种开裂的倾向还会加剧，因此，人们使用收缩较低的材料，但是，这种材料在烧结后，内部具有高气孔率。这同样使得机械强度下降(《美国陶瓷协会》杂志，77(6)，第1467-72页(1994))。

为了提高强度，人们已经进行了试验，目的是提供具有高强的开孔泡沫陶瓷，所述泡沫陶瓷体在陶瓷泡沫的烧结前后具有一层或多层附加层。涂覆该附加层，其中用陶瓷沉积物(悬浮液)浸渍经涂层的聚合物泡沫或经烧结的泡沫陶瓷(例如GB2097777)。

这方面的问题在于过量的悬浮液不再能通过机械挤压从泡沫陶瓷孔中排出，从而不能破坏硬质的泡沫结构，因此，必需使用固含量低的流动性好的悬浮液，这种悬浮液可滴出，而不会堵塞孔，并因此不会降低开孔性。固含量低的流动性好的悬浮液存在的缺点是陶瓷颗粒的涂层较薄，在干燥悬浮液时由于干燥开裂或预烧结时由于收缩开裂而断裂。

此外，因为不能排除掉陶瓷体中无作用的空腔结构，所以孔体外部多次涂层的效果差。而且，附加层减少了泡沫陶瓷游离孔的体积，这就是大多数使用中存在的缺点(《美国陶瓷协会》杂志，77(6)，第1467-72页(1994)，在1467页，第2段，左栏)。

EP0369098公开了一种方法，包括在真空下，用由胶体耐火氧化物和耐火氧化物粉末组成的悬浮液浸渍预烧结的开孔陶瓷泡沫，在滴出悬浮液后进行干燥。除了涂层孔体(如上进行的)外，在浸渍时，也要使悬浮液填充孔体的空腔。如上所述，必需使用流动性极好的悬浮液进行浸渍，因此，在浸渍陶瓷体空腔时所含的陶瓷颗粒的量极少。在烧结后，陶瓷相的体积量极低。此外，如上所述，在干燥和烧结时，经低浓度陶瓷悬浮液多次涂覆的层开裂，从而降低了增强作用。

此外，众所周知的是用化学气相沉积法/化学气相烧结法(CVD/CVI)制备开孔碳泡沫。在这种情况下，通过热解开孔聚合物泡沫制备碳泡沫，接着将它们切割成所要求的构件形状。然后，借助于CVD/CVI法，用陶瓷组分涂覆碳泡沫(《陶瓷专刊》，第70卷，第6期，1991年，第1025-1028页)。这种制备方法极为昂贵并且要求费用高的安装技术。

按该方法制备的泡沫陶瓷同样是起始材料开孔聚合物结构的模型。该陶瓷体由涂覆陶瓷的致密层构成，而且，陶瓷体的内部由原来的碳架构成。由于致密和增强的陶瓷层，使得该泡沫陶瓷极为牢固，但是，由于强度要明显低于陶瓷层的内部碳架，在高负荷下，机械强度同样不高。此外，在高温下，碳架停止氧化，使得泡沫陶瓷其它方面良好的高温稳定性极差。由于这个原因，应除去高温下使用的碳架，由此而又制成了空心的陶瓷体。

另一个制备开孔泡沫陶瓷的已知方法是通过发泡剂直接进行发泡。对此，首先制备由陶瓷颗粒和水或一种溶剂组成的悬浮液。向该悬浮液中加入一种发泡剂和聚合物组分。接着将该悬浮液浇铸到模具中，开始使发泡剂进行反应。通过该反应，发泡剂产生使悬浮液发泡的气泡。接着使聚合物组分进行交联，由此凝固泡沫体。然后，烧掉聚合物组分，烧结残留的泡沫体(Produktblatt发泡剂W53 FL,Zschimmer&Schwarz GmbH公司和Lahnstein股份有限公司产品)。这种方法的缺点是难以调节泡沫。