[发明专利]一种高机械强度泡沫陶瓷材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及泡沫陶瓷材料领域，具体为一种具有圆形或近圆形中心孔的高机械强度泡沫陶瓷材料及其制备方法。

背景技术：

泡沫碳化硅陶瓷材料不仅具有优良的抗腐蚀、抗高温氧化、高导热率、低膨胀、化学惰性等材料特性，还具有三维联通、传热传质性能好等结构特征，因而是理想的结构化载体材料。

在目前的泡沫碳化硅生产技术中，最具性价比、最具大规模工业化生产前景的技术是复制成型法。该方法的主要技术特点是以高分子泡沫材料为前驱体，在表面均匀包裹一层料浆，之后通过高温处理将高分子泡沫除去，就可以得到与原高分子泡沫结构完全相同的炭泡沫，之后在一定条件下让硅与炭泡沫反应，就可以得到泡沫碳化硅。以原始泡沫塑料为模板制备的泡沫碳化硅陶瓷材料，在复制成型过程中，由于高分子泡沫塑料固有制备工艺形成的三角形筋截面，决定了在高分子泡沫经高温去除后，所留下的中心孔必然是与高分子泡沫塑料具有同样形状的尖锐顶角三角形中心孔(见图1a、图2)。这种形状的中心孔在承受内应力或外力的情况下，很容易在顶角等处形成高应力集中点，从而导致材料在较小的压力下即发生断裂或破碎等现象。复制成型法的技术特点，决定了中心孔存在的必然性。那么，要消除或减轻中心孔对材料力学性能的负面影响，有两种方法：一种方法可以考虑在后续步骤中对中心孔进行填塞，以期缩小甚至消除中心孔，但工艺较复杂；另一方法则可以考虑改变中心孔的形状，使其变成圆形或近圆形，消除原中心孔的尖锐顶角，根据力学原理，这种处理方式也可以达到减小应力集中，延长材料使用寿命的目的。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种高机械强度泡沫陶瓷材料及其制备方法，解决现有泡沫陶瓷材料三角形中心孔在承受内应力或外力的情况下，很容易在顶角等处形成高应力集中点，从而导致材料在较小的压力下即发生断裂或破碎等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高机械强度泡沫陶瓷材料，采用可溶性高分子聚合物包覆的方法使高分子泡沫塑料的筋体横截面形状由三角形向圆形转化，以圆化后的高分子泡沫塑料做前驱体，最终获得的泡沫陶瓷材料具有圆形或近圆形的中心孔。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料，泡沫陶瓷材料为碳化硅、氧化铝、莫来石或堇青石等无机材料。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，在高分子泡沫塑料表面制备附加涂层，将高分子泡沫塑料的三角形筋修饰为圆形或近圆形，用这种经圆化后的高分子泡沫塑料做前驱体，采用复制法得到泡沫陶瓷材料，其中心孔呈现圆形或近圆形。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将可溶性高分子树脂溶于蒸馏水或有机溶剂中，形成浓度为10～100克/升的树脂溶液；

(2)将高分子泡沫塑料在上述溶液中充分浸泡，确保树脂溶液与高分子泡沫塑料各区域均实现完全浸润，浸泡1～3min之后取出，并用压缩空气吹去多余液体；

(3)将浸泡后的高分子泡沫塑料于50℃～100℃之间烘干，这样在高分子泡沫塑料表面即可得到高分子树脂涂层，由于该涂层的存在，高分子泡沫塑料的三角形筋得到初步圆化；

(4)重复上述2)、3)步骤，直到高分子树脂涂层达到一定厚度，对三角筋的圆化能够满足要求，直到高分子泡沫塑料的增重量达到原高分子泡沫塑料重量的2～10倍；

(5)以步骤4)得到的高分子泡沫塑料作为前驱体，按照中国专利：“一种高强度碳化硅泡沫陶瓷及其制备方法，专利号ZL00110479.9”所述的内容制备泡沫陶瓷材料。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，必要时，采用挤压或揉搓的方式，以实现完全浸润。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，高分子泡沫塑料为聚氨酯泡沫塑料或其它具有三角形筋截面形状的有机泡沫塑料。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，高分子树脂为聚碳酸酯、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂或聚乙烯醇树脂等可分解、低产碳率的可溶性高分子聚合物。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，有机溶剂可以是乙醇、丙醇或丁醇。

所述的高机械强度泡沫陶瓷材料制备方法，该方法用于制备高强度的泡沫陶瓷材料为泡沫碳化硅、泡沫氧化铝、泡沫莫来石或泡沫堇青石等。

本发明的设计思想如下：