[发明专利]一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法

说明书

本发明涉及一种新的用冷冻浇注多孔陶瓷的制备方法。属于多孔结构材料制备领域。本发明将含有陶瓷先驱体的有机浆料通过冷冻浇注，在设定的温度场内得到坯体；坯体经冷冻干燥脱除有机溶剂后得到备用坯体；然后针对所用有机浆料中是否交联剂，采用不同交联工艺，得到待裂解坯体；最后在保护气氛下，于900℃‑1600℃、对步骤二所得待裂解坯体进行裂解，直至陶瓷先驱体完全转化为陶瓷；得到成品。本发明采用陶瓷先驱体转化方式制备陶瓷材料，大大降低其烧结温度，减少能耗、同时所得产品的性能得到显著的提升。在生物材料，过滤材料，吸波材料方面有广泛的应用。

技术领域

本方法涉及一种新的用冷冻浇注多孔陶瓷的制备方法。属于多孔结构材料制备领域。

背景技术

2006年Deville等报道了一种制备仿贝壳结构的多孔材料制备方法—冷冻浇注(冷冻浇注，也称冰模板法)。该方法是将陶瓷粉末颗粒加入到水，莰烯等溶剂中形成均一稳定的悬浊液。该方法可以调节多孔形貌和结构的调控。但是存在的问题是坯体烧结后强度较差，且与传统粉末烧结温度一样高。在制备浆料过程中混料时间过程且溶液中存在的空气在浇注过程中会留在坯体当中大大影响材料性能。且烧结后的坯体强度较差，无法作为承力部件。

2007年Yoon等人率先采用有机溶液浆料，将陶瓷先驱体溶解在有机溶剂当中形成碳化硅多孔材料。但是制备的多孔材料存在很多弊端，其采用氧化交联，裂解后的生坯由于氧含量高，强度很差。另外，由于聚乙烯模具，冷冻浇注后的样品表面被覆盖一层碳化硅外壳。导致裂解的样品在烧结的过程中，先驱体的小分子链逸出，而外壳恰恰阻碍了气体的扩散，从而裂解后的生坯裂纹，导致强度的降低。

发明内容

本发明针对现有冷冻浇注技术所制备陶瓷存在大小不一的裂纹，坯体强度差等不足，提供一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法。

本发明一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法，包括下述步骤：

步骤一

将含有陶瓷先驱体的有机浆料通过冷冻浇注，在设定的温度场内得到坯体；坯体经冷冻干燥脱除有机溶剂后得到备用坯体；所述含有陶瓷先驱体的有机浆料的粘度小于等于100mPa/s；

步骤二

当含有陶瓷先驱体的有机浆料中不含交联剂，且所述陶瓷先驱体不含N时，将步骤一所得备用坯体置于含氧气流中，在100-400℃进行氧化交联处理至少1小时；得到待裂解坯体；

或

当含有陶瓷先驱体的有机浆料中不含交联剂，且所述陶瓷先驱体含N时，将步骤一所得备用坯体置于保护气氛A中，在160-200℃进行交联处理0.5-10小时、优选为0.5-4小时，得到待裂解坯体；

或

当含有陶瓷先驱体的有机浆料中含交联剂时，将步骤一所得备用坯体置于保护气氛B中，在160-200℃进行交联处理0.5-10小时、优选为0.5-1.5小时，得到待裂解坯体；

步骤三

在保护气氛下，于900℃-1600℃、优选为900-1050℃对步骤二所得待裂解坯体进行裂解，直至陶瓷先驱体完全转化为陶瓷；得到成品。

本发明一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法，所述含有陶瓷先驱体的有机浆料中，有机溶剂选自莰烯，正己烷，环己烷，二甲苯，四氢呋喃，叔丁醇、乙醇中至少一种。

本发明一种先驱体转化类陶瓷的定向多孔结构制备方法，所述含有陶瓷先驱体的有机浆料中，所述含有陶瓷先驱体的有机浆料中，所用陶瓷先驱体质量/(陶瓷先驱体质量+有机溶剂的质量＝0.01-0.5。优选为0.05-0.45.进一步优选为0.05-0.3。更进一步优选为0.05-0.2。