[发明专利]一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳化硅陶瓷制备方法，涉及一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法，具体是一种利用化学气相渗透法直接制备多孔碳化硅陶瓷的方法。

背景技术

多孔陶瓷材料以其优异的力学性能，良好的化学稳定性，低的热膨胀系数，良好的抗热震性能和抗氧化性能等成为各行各业中必不可少的材料。如在气液过滤，催化剂载体，陶瓷分离膜，声热绝缘体，高温结构材料，热电能量转换等行业，多孔陶瓷都取得广泛的应用。

目前，多孔陶瓷中应用最广泛的就是多孔SiC陶瓷。制备多孔SiC陶瓷的方法有很多种，如烧结法、复制法、牺牲模板法、发泡法、粘结法等。文献1“M.Fukushima,Y.Zhou,H.Miyazaki,Y.Yoshizawa,K.Hirao,Y.Iwamoto,S.YamazakiandT.Nagano,J.Am.Ceram.Soc.,89,1523–1529(2006).”利用烧结法制备多孔SiC陶瓷，具体是以β-SiC为原料，以Al₂O₃为添加剂，采用冷等静压成型，最后在1500-1800℃条件下烧结，通过改变添加剂和烧结温度可以使制备出的多孔SiC陶瓷的气孔率在37％～41％之间。该方法制备的出的多孔陶瓷的孔径约在0.03-0.6μm之间，力学性能较好，且空隙分布较为均匀，热膨胀系数低，但该工艺存在烧结温度较高，制备过程较复杂等问题。

文献2“X.Bao,M.R.NangrejoandM.J.Edirisinghe,J.Mater.Sci.,35,4365–4372(2000).”利用复制法制备多孔SiC陶瓷，具体是将聚氨酯泡沫浸泡在聚硅烷先驱体中，浸泡两个小时后拿出，在空气中自然干燥，然后在氮气条件下热处理，热处理温度在900-1300℃之间。该工艺过程较为简单，烧结温度较低，制备出的多孔陶瓷孔径直径较大，在200-800μm之间，且分布较为均匀，但存在多孔SiC陶瓷强度低，先驱体陶瓷产率低且成本高等问题。

文献3“H.Wang,I.Y.Sung,X.D.LiandD.Kim,J.PorousMater.,11,265–271(2004).”利用牺牲模板法制备多孔SiC陶瓷，具体过程是：选择模板，干燥模板，陶瓷先驱体与模板混合形成先驱体和模板的复合材料，热处理该复合材料得到陶瓷和模板的复合材料，最后再除去模板，得到一定形貌的多孔SiC陶瓷。该工艺可以根据需要，有目的地设计所需要的多孔陶瓷，但同样存在陶瓷转化率低，成本高，多孔陶瓷强度较低等问题。

文献4“M.FukushimaandP.Colombo,J.Eur.Ceram.Soc.,32,503–510(2012).”利用发泡法制备多孔SiC陶瓷，具体过程是将聚碳硅烷和发泡剂现在氮气条件250-260℃下进行发泡，之后再把发泡好的混合物进行氧化交联得到能够保持一定强度的混合物，最后在1000℃下进行裂解反应得到多孔SiC陶瓷。该工艺得到的多孔陶瓷的气孔率在59％-85％之间，孔径直径在416-1455μm之间，制备温度较低，能够得到指定的孔隙结构，但还是存在多孔陶瓷强度低，工艺过程较复杂等问题。

文献5“Y.H.Choi,Y.W.Kim,I.S.HanandS.K.Woo,J.Mater.Sci.,45,6841–6844(2010).”利用粘结法制备多孔SiC陶瓷，具体过程是以SiC、Al₂O₃为原料，加入烧结助剂，压制成型后在1350-1450℃之间烧结。该工艺得到的多孔SiC陶瓷力学性能较高，气孔率在44％-49％之间，制备温度较烧结法低，但该法制备的多孔陶瓷含有莫来石粘结相，该相与SiC相的热膨胀系数差别较大，在热震条件下容易产生内应力，从而较低多孔陶瓷的力学性能，限制多孔陶瓷的应用。

化学气相渗透技术(ChemicalVaporInfiltration，简称CVI)是在化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition)的基础上发展起来的，是指将在化学气相沉积中在材料表面发生的化学反应转移到材料内部进行，在材料内部生成陶瓷相，该种陶瓷相可以起到填充和粘结作用。CVI法具有制备温度低，易于制备复杂构件等优点，越来越受到人们的关注。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法，解决多孔SiC陶瓷现有技术中存在的制备工艺复杂，烧结温度高，强度低等问题。

技术方案

一种多孔碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于步骤如下：