[发明专利]一种层片状梯度多孔碳化硅陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开的一种层片状梯度多孔碳化硅陶瓷及其制备方法，属于多孔陶瓷材料制备技术领域。本发明利用冷冻干燥技术，以不同粒径的SiC粉末为原料并添加分散剂和烧结助剂，配制一定固相含量的水系陶瓷浆料。在浆料冷冻过程中，粒径越大的颗粒沉降速率越快，从而形成梯度结构，经过干燥以及烧结，制备成底部为大颗粒，上部为小颗粒的层片状梯度多孔SiC陶瓷材料。与传统多孔陶瓷制备方法相比，该方法通过浆料固相含量、浆料粘度、冷冻温度、冷冻速率和烧结工艺等条件的选择，可以对孔的形貌、尺寸以及孔隙率等影响多孔陶瓷性能的主要因素进行良好的控制，充分发挥多孔陶瓷材料的应用潜力，拓展应用领域。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料制备技术领域，具体涉及一种层片状梯度多孔碳化硅陶瓷及其制备方法。

背景技术

SiC多孔陶瓷兼具SiC陶瓷优异的理化性能和多孔材料的透过性、发达的比表面积、能量吸收性能、低密度以及低热传导等性能，在净化过滤、保温隔热、生物医疗、电子器件、航空航天和能源化工等各方面都有广泛的应用。与传统多孔陶瓷制备工艺相比，冷冻干燥法通过浆料固相含量、冷冻温度、冷冻速率等的选择，可以对孔的形貌、尺寸以及孔隙率进行良好的控制，可以充分的发挥多孔陶瓷材料的应用潜力，拓展应用领域。

梯度多孔材料是一种孔径数量及分布呈连续变化的多孔材料。孔隙率较低的一端具有较好的抗压性，起到保护和支撑作用；而孔隙率较高的一端则具备多孔陶瓷的功能性。这种梯度结构使得多孔陶瓷在保证过滤、分离、隔热等功能性的同时还具有较高的力学性能。结合多孔SiC陶瓷的优异性能，梯度多孔SiC陶瓷将具有广泛应用前景，因此其制备工艺是研究热点之一。

中国专利《仿生梯度多孔陶瓷材料的制备方法》(申请号：201310046286.2，申请公布号CN 103145438 A，申请公布日2013.06.12)公开了一种注浆成型结合多次冷冻干燥技术，制备孔隙率由内向外减小、具有内疏外密仿生结构的梯度多孔陶瓷材料。该方法通过多次冷冻来得到由内向外的梯度材料，冷冻时由于内侧的冷冻体温度低于零下，导致温度梯度为由下到上，自内而外的双梯度，结构控制较为困难，应用难度大。

中国专利《一种制备梯度多孔氮化硅陶瓷材料的方法》(申请号：201410548575.7，申请公布号CN 104311114 A，申请公布日2015.01.28)公开了一种以氮化硅为原料，采用真空发泡法结合冷冻干燥工艺制备梯度多孔氮化硅陶瓷材料的方法。利用该方法制备的氮化硅梯度多孔材料，需要加入发泡剂且发泡工艺控制难度较大，一定程度上限制了其生产及应用领域。

Guangliang Liu等发表的论文《Fabrication of Gradient Porous SiCCeramics with Directional Pores without Templates》(《无模板制备具有定向孔的梯度多孔SiC陶瓷》)，选自《MATERIALS AND MANUFACTURING PROCESSES》(《材料及制备工艺》)2011年第26卷第886-889页，采用SiC粉为原料，Si₃N₄粉为造孔剂，通过2200℃的高温重结晶烧结工艺制备出梯度多孔SiC陶瓷。但该工艺制备温度高、对设备要求高，难以实际应用。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种层片状梯度多孔碳化硅陶瓷及其制备方法，该方法操作简便、对设备要求低、环境友好，该方法能够制得底部为大颗粒、上部为小颗粒的层片状梯度多孔SiC陶瓷材料。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种层片状梯度多孔碳化硅陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)配制陶瓷浆料

将分散剂溶于去离子水中制得稳定的溶液，向该稳定的溶液中加入烧结助剂和两种或两种以上的粒径不同的SiC颗粒混合而成的SiC陶瓷颗粒，球磨混料，制得陶瓷浆料；