[发明专利]一种泡沫氮化硅陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种泡沫氮化硅陶瓷材料的制备方法。

背景技术

泡沫陶瓷材料的发展始于20世纪70年代，是一种具有高温特性的多孔材料。其孔径从纳米级到微米级不等，气孔率在20％～95％之间，使用温度为常温～1600℃。

泡沫陶瓷一般可以分为两类，即开孔(网状)陶瓷材料以及闭孔陶瓷材料，这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷材料，其孔隙是相互连通的；如果存在固体壁面，则泡沫体称为闭孔陶瓷材料，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。但大部分泡沫陶瓷既存在开孔孔隙又存在少量闭孔孔隙。一般来说孔隙的直径小于2nm的为微孔材料；孔隙在2～50nm之间的为介孔材料；孔隙在50nm以上的为宏孔材料。

1978年美国发明了利用氧化铝、高岭土等陶瓷料浆成功研制出泡沫陶瓷，用于铝合金铸造过滤之后，英、日、德、瑞士等国家竞相开展了研究，生产工艺日益先进，技术装备越来越向机械化、自动化发展，已研制出多种材质，适合于不同用途的泡沫陶瓷过滤器，如Al2O3、ZrO2、SiC、氮化硅、硼化物等高温泡沫陶瓷，有的还加入了一定的矿物，如莫来石、堇青石、粉煤灰、煤矸石等，产品已系列化、标准化，形成了一个新兴产业，其分类如表所示。

中国在20世纪80年代初开展泡沫陶瓷研究工作。近20年来，先后有十几家科研机构和厂家报道了泡沫陶瓷制品的研究。但是中国的泡沫陶瓷从整体技术水平上与国外相比还有一定的差距。泡沫陶瓷是具有三维空间网架结构的高气孔率的多孔陶瓷体，其造型犹如钢化了的泡沫塑料或瓷化了的海绵体。由于它具有气孔率高、比表面积大、抗热震、耐高温、耐化学腐蚀及良好的机械强度和过滤吸附性能，可广泛应用于热交换材料，布气材料，汽车尾气装置，净化冶金工业过滤熔融态金属，热能回收，轻工喷涂行业，工业污水处理,隔热隔音材料，用作化学催化剂载体，电解隔膜及分离分散元件等。

多孔陶瓷的应用领域又扩展到航空领域、电子领域、医用材料领域及生物化学领域等。多孔陶瓷的广泛应用已引起了全球材料界的高度重视，因此，制备高强度、孔径均匀、性能稳定、高度有序的泡沫陶瓷体，拓宽和开发泡沫陶瓷在国内各行业中的应用，无疑是十分必要的。

目前的制备方法包括：发泡法，溶胶凝胶法，有机前驱体浸渍法,泡沫前体反应法、等泡沫陶瓷制备方法。

这些方法都存在各种各样的问题，如发泡法，制备的气孔的均匀性较差。有机前驱体浸渍法受前驱体的限制，同时由于当需要制备的材料厚度较大时，会导致有机前驱体的坍塌。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种泡沫氮化硅陶瓷材料的制备方法。制得的泡沫氮化硅陶瓷材料中气孔的尺寸为1～10mm。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种泡沫氮化硅陶瓷材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、制备氮化硅浆料；

S2、在氮化硅浆料中加入丙烯酰胺单体和NN-双甲基丙烯酰胺混合球磨，然后加入其他它添加剂混合，将混合后的氮化硅浆料注入到装满聚苯乙烯颗粒的模具中，静置至浆体固化，取出，干燥，烧结即得到泡沫氮化硅陶瓷材料。

优选地，步骤S1中，所述氮化硅浆料包括以下组分：氮化硅粉体、分散剂、去离子水；其中氮化硅粉体与去离子水的重量比为1:0.2～0.5。所述去离子水过多会导致浆料的固含量较低、从而降低烧结后材料的强度；去离子水过少会导致浆料的粘度过高。

优选地，所述分散剂为聚丙烯酸铵，分散剂的用量为2～3％。

优选地，所述氮化硅浆料的制备方法具体为：将氮化硅粉体分散在去离子水中，然后加入分散剂，搅拌至均匀的浆状，即可。

优选地，步骤S2中，所述丙烯酰胺和NN-双甲基丙烯酰胺的总加入量为氮化硅浆料重量的1～3％。

优选地，步骤S2中，所述其它添加剂包括催化剂、引发剂、pH调节剂。

优选地，步骤S2中，所述球磨时间为2～4h；所述固化的具体方法为：在40～60℃的环境中静置5～10min。温度过高会导致凝固太快，同时表面水分蒸发带来气孔，温度过低会导致凝固太慢。

优选地，步骤S2中，所述聚苯乙烯颗粒的粒径为2～10mm。材料中的孔径太小，会导致过滤时阻力过大。孔径太大会导致材料的强度太低。

优选地，步骤S2中，所述模具的材质为不锈钢、聚丙烯塑料或聚四氟乙烯。

优选地，所述制得的泡沫氮化硅陶瓷材料中气孔的孔径为1～10mm。