多孔碳化硅陶瓷的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102807391A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102807391A(43)申请公布日2012.12.05(21)申请号201210312343.2(22)申请日2012.08.29(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人叶枫刘强侯赵平刘仕超张海礁(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人韩末洙(51)Int.Cl.C04B38/06(2006.01)C04B35/565(2006.01)C04B35/622(2006.01)权利要求书权利要求书2页2页说明书说明书1414页页附图附图33页(54)发明名称多孔碳化硅陶瓷的制备方法(57)摘要多孔碳化硅陶瓷的制备方法，它涉及一种碳化硅陶瓷的制备方法。本发明为了解决现有方法制备的多孔碳化硅陶瓷力学性能低、孔隙率低的技术问题。本方法如下：一、制备浆料；二、制备多孔陶瓷生坯；三、制备预制体；四、制备碳凝胶；五、制备多孔碳化硅与碳凝胶的复合材料；六、制备多孔碳化硅和炭气凝胶的复合材料；七、将多孔碳化硅和炭气凝胶的复合材料与单质硅粉放入烧结炉中烧结，即得多孔碳化硅陶瓷。本发明制备的多孔碳化硅开口孔隙率为30～83％、孔径尺寸为0.3～100m，孔隙可以实现均匀分布或定向排列。通过三点弯曲试验测试，最终制得的孔隙率为47.8％的多孔碳化硅陶瓷材料的抗弯强度达164.62MPa。CN1028739ACN102807391A权利要求书1/2页1.多孔碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于多孔碳化硅陶瓷的制备方法按照以下方法进行：一、将5～60质量份原料与40～95质量份去离子水混合，然后加入分散剂、粘结剂和消泡剂，再加入碳化硅球进行球磨24小时，得到浆料；所述的原料为碳化硅粉体或者碳化硅粉体与烧结助剂组成的混合物，碳化硅粉体与烧结助剂组成的混合物中烧结助剂的质量分数为1～10％，其中碳化硅粉体与分散剂的质量比为1∶0.001～0.03，碳化硅粉体与粘结剂的质量比为1∶0.005～0.03，碳化硅粉体与消泡剂的质量比为1∶0.001～0.01；步骤一中所述的烧结助剂为Al2O3、Y2O3及BaAl2Si2O8中的一种或其中几种的组合；步骤一中所述的分散剂为四甲基氢氧化铵或柠檬酸铵；步骤一中所述的粘结剂为聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛或明胶；步骤一中所述的消泡剂为正丁醇；二、将浆料倒入模具中浇注成型，再脱气10分钟，得到样品，将样品在-196℃～-10℃凝固3～60分钟，然后在温度为-10℃～40℃、压力为1～100Pa的条件下冷冻干燥1～4天，即得多孔陶瓷生坯；三、将多孔陶瓷生坯放置于无压烧结炉中，在真空度为1×10-3Pa～1×10-2Pa、升温速率为1℃/min～2℃/min的条件下加热到600℃并保温0.5～4小时，向无压烧结炉中充入高纯氮气或高纯氩气，然后以5～10℃/min的升温速率升温至1500～1800℃并保温0.5～4小时，随炉冷却，即得预制体；四、将间苯二酚与甲醛按照0.3～3∶1的摩尔比溶于去离子水中，得到间苯二酚和甲醛总质量分数为20～60％的碳溶胶，按照间苯二酚与催化剂的摩尔比为200～1200∶1的比例加入催化剂，在室温下磁力搅拌10～30分钟，得混合物，将步骤三所得的预制体浸入混合物中10分钟～1小时，采用真空除泡10分钟，然后将真空除泡后的预制体密封后放入40～50℃的水浴锅中进行凝胶1天，然后再在80～90℃的水浴锅中反应3～5天，得到碳凝胶；所述的催化剂为Na2CO3、NaHCO3、Ca(OH)2或MgCO3；五、按照将碳凝胶放置于丙酮中1～5小时再取出的顺序反复操作48小时，然后使碳凝胶在常压下完全干燥，得到多孔碳化硅与碳凝胶的复合材料；六、将多孔碳化硅与碳凝胶的复合材料置于烧结炉中，在氮气或氩气保护的条件下，以1℃/min～5℃/min的升温速率升温到800～1000℃并保温2～4小时，得到多孔碳化硅和炭气凝胶的复合材料；七、将多孔碳化硅和炭气凝胶的复合材料与单质硅粉按照1∶1～5的质量比放置于石墨坩埚中，然后将石墨坩埚放入烧结炉中，通入氩气或者氮气至烧结炉内压强为0.04～0.08MPa，以5～20℃/min的升温速率升温到1500～1700℃并保温2～4小时，然后随炉冷却，即得多孔碳化硅陶瓷。2.根据权利要求1所述多孔碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于步骤一中所述碳化硅粉体与烧结助剂组成的混合物中烧结助剂的质量分数为5％。3.根据权利要求1所述多孔碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于步骤一中所述碳化硅粉体与分散剂的质量比为1∶0.02。2CN102807391A权利要求书2/2页4.根据权利要求1所述多孔碳化硅陶瓷的制备方法，其特征在于步骤