[发明专利]一种原位AlN-B4

说明书

本发明涉及一种原位AlN‑B₄C增强的碳化硅蜂窝陶瓷及其制备方法。其技术方案是：先向主料中加入金属氧化物和结合剂，混合均匀；再将倒入真空挤出机中，成型，干燥；然后置入真空热压炉中，在氮气气氛中升温至1800～2200℃，保温，冷却，即得原位AlN‑B₄C增强的碳化硅蜂窝陶瓷。所述主料是由65～75wt％的粒度为5～50μm的碳化硅粉、20～25wt％的粒度为0.05～0.5μm的碳化硅粉和3～11wt％的铝硼碳粉混合而成；所述金属氧化物的加入量为主料的1～5wt％；所述结合剂是由纤维素、表面活性剂、植物油、甘油和水混合而成。本发明生产效率高和生产成本低，所制制品微观结构良好、微孔分布均匀、机械强度高和对废气的净化能力强。

技术领域

本发明属于碳化硅蜂窝陶瓷技术领域。具体涉及一种原位AlN-B₄C增强的碳化硅蜂窝陶瓷及其制备方法。

背景技术

蜂窝陶瓷是由许多平行贯通的孔道组成的陶瓷，因其耐冲击和重量轻等特点，多作为汽车尾气催化剂载体。汽车尾气催化剂载体需要较高的抗热冲击性能和较高的机械强度，还需具备低的热容量、高的热导率才能使得催化剂在短时间内发挥作用。众所周知，汽车尾气催化剂载体的比表面积越大，可以负载的催化剂就越多，所以蜂窝陶瓷还要有较大的比表面积。此外，还应避免陶瓷材料与催化剂间的化学反应导致的催化剂中毒，在选材时也需考虑。

碳化硅蜂窝陶瓷具有优良的常温性能，如优良的抗氧化性、良好的耐腐蚀性、高的抗弯强度以及低的摩擦系数，而且高温性能是已知陶瓷材料中最佳的。碳化硅蜂窝陶瓷在石油、化工、微电子、汽车、航天、航空、造纸、激光、矿业及原子能等工业领域获得了广泛的应用，但是碳化硅由于是共价性极强的化合物，高温烧结困难。

目前，碳化硅蜂窝陶瓷的制备方法有：挤压成型、热压铸成型、注浆成型和添加造孔剂的方法。采用挤压成型方法，由于纯碳化硅浆料的可塑性差而成品率低；采用热压铸成型方法，在烧成过程中，如果升温速率过快或者炉内温度不均匀，制品则会由于排除有机物不均匀而产生裂纹，而要生产高质量的制品则对设备要求过高，生产成本相对过高；采用注浆成型法，虽只需要简单的石膏模具不需要复杂的机械设备，但劳动强度大、操作工序多和生产效率低，且注件含水量高、密度小、收缩大和烧成时容易变形，限制了它的大规模应用；常规的添加造孔剂的方法，无法实现孔径的均匀分布且大小可控，且制品的机械强度一般很差。上述技术缺陷的存在限制了碳化硅蜂窝陶瓷的发展。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种生产效率高和生产成本低的原位AlN-B₄C增强的碳化硅蜂窝陶瓷制备方法，用该方法制备的碳化硅蜂窝陶瓷微观结构良好、微孔分布均匀、机械强度高和对废气的净化能力强。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的具体步骤是：

先向主料中加入金属氧化物和结合剂，混合均匀，得到混合料。再将所述混合料倒入真空挤出机中，成型，在60～100℃条件下干燥6～18h，得到蜂窝陶瓷坯体；然后将所述蜂窝陶瓷坯体置入真空热压炉中，在氮气气氛条件下，以4～8℃/min的速率升温至1800～2200℃，保温1～4h，自然冷却，即得原位AlN-B₄C增强的碳化硅蜂窝陶瓷。

所述主料是由65～75wt％的粒度为5～50μm的碳化硅粉、20～25wt％的粒度为0.05～0.5μm 的碳化硅粉和3～11wt％的铝硼碳粉混合而成。

所述金属氧化物的加入量为主料的1～5wt％。

所述结合剂是由纤维素、表面活性剂、植物油、甘油和水混合而成：其中：纤维素占所述主料5～6wt％，表面活性剂占所述主料4～6wt％，植物油占所述主料1～4wt％，甘油占所述主料2～5wt％，水为所述纤维素、所述表面活性剂、所述植物油和所述甘油的质量之和。

所述碳化硅粉的纯度为85～99.9％。