[发明专利]一种具有类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种具有类鼻毛‑鼻孔结构的C/SiC复合材料及其制备方法。制备方法以淀粉、SiO₂为主要原料，水为溶剂，加入分散剂和发泡剂，淀粉经过溶胶、发泡、凝胶固化、碳化后形成含二氧化硅的泡沫碳；经过原位高温碳热还原反应后，在泡沫碳的气孔中生长大量SiC纳米线，SiC纳米线的生成，修饰了泡沫C的孔结构，限制对流和辐射传热，显著降低了材料的热导率。该材料既具有泡沫材料的隔热性能，也具有C和SiC材料的耐高温性能，是一种优良的高温耐火隔热材料。此外，该材料在催化剂载体，烟尘过滤等领域也具有应用前景。

技术领域

本发明属于多孔材料领域，具体涉及一种具有类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料的制备方法。

背景技术

泡沫碳（foam carbon）是指泡沫状多孔质的碳材料。泡沫碳是一种由孔泡和相互连接的孔泡壁组成的具有三维网状结构的轻质多孔材料。除具有碳材料的常规性能外，还具有密度小、强度高、抗热震、易加工等特性和良好的吸波等物理和化学性能，这些优异的性能使泡沫碳在化工、航空航天、电子等诸多技术领域应用。

泡沫碳具有C材料的高温稳定性，同时又具有轻质材料的隔热性能。它是一种潜在的航空用高温隔热材料。但是，一般泡沫碳的多是由有机物经过高温发泡-碳化后制得，该法所到的材料的气孔较大（多为微米级或微米以上），高温时，这些气孔可以为对流和辐射传热提供通道，材料的热导率随温度升高明显变大，其高温隔热性能不佳，未达到人们的期望水平。

发明内容

为解决泡沫碳高温隔热性能差的问题，本发明的目的是提供一种具有类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料的制备方法。

本发明为完成上述目的采用如下技术方案：

一种具有类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料的制备方法，制备方法以淀粉、SiO₂为主要原料，水为溶剂，加入分散剂和发泡剂，淀粉经过溶胶、发泡、凝胶固化、碳化后形成含二氧化硅的泡沫碳；经过原位高温碳热还原反应后，在泡沫碳的气孔中生长大量SiC纳米线，SiC纳米线的生成，修饰了泡沫C的孔结构，限制对流和辐射传热，显著降低了材料的热导率，具体步骤如下：

1）含硅淀粉溶胶配制：

将淀粉、二氧化硅、水和分散剂按一定比例放入行星式球磨机中球磨混合均匀得到稳定的含二氧化硅淀粉溶胶；

2）发泡步骤：

将步骤1）得到的含二氧化硅淀粉溶胶，加入发泡剂，用搅拌机搅拌20 min，在30~45℃，静置2 h 得到多孔溶胶；

3）凝胶固化步骤：

将步骤2）得到的多孔溶胶，水浴加热80~100 ℃保温40 min，110 ℃干燥至恒重，得到多孔凝胶；

4）碳化步骤：

将步骤3）得到的多孔凝胶，在氮气或氩气保护下600 ℃碳化至恒重，得到含二氧化硅的泡沫碳；

5）碳热还原反应步骤：

将步骤4）得到的含二氧化硅的泡沫碳，在氩气保护条件下，以10~15 ℃/min的升温速率升至1550~1850 ℃，1500~1800 ℃保温3~10 h后随炉冷却,得到类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料。

步骤1）所述的淀粉为小麦淀粉、玉米淀粉、红薯淀粉和高粱淀粉等淀粉中的一种或多种。

步骤1）所述的分散剂为聚丙烯酰胺、CAMTMENT FS20、四甲基乙二胺中的一种或多种。

步骤2）所述的发泡剂为十二烷基硫酸三乙醇胺、酵母、蛋清、小苏打等发泡剂的一种或多种。

所述的淀粉、二氧化硅、发泡剂、水和分散剂的质量比为100：5~15 :0.5~10:80~130:0.02~1。

本发明的一种具有类鼻毛-鼻孔结构的C/SiC复合材料的制备方法，采用上述技术方案，具有如下特点：