一種多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多孔復(fù)合陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多孔陶瓷由于具有耐高溫、耐腐蝕、低密度、高氣孔率和高的比表面積等特點(diǎn)，使其在流體過(guò)濾、凈化分離、化工催化劑載體、高級(jí)保溫材料、吸音降噪材料、減震材料、熱交換器和熔融金屬過(guò)濾器等諸多工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。而多孔碳化硅陶瓷具有強(qiáng)度高、耐磨損、抗氧化、耐化學(xué)腐蝕、熱膨脹系數(shù)低、熱傳導(dǎo)率高、耐熱沖擊性能優(yōu)良、比重小和抗熱震系能好等一系列優(yōu)良特性，在過(guò)濾材料、催化劑載體、熱工材料、吸聲材料方面及高溫、高壓、腐蝕、輻射、磨損等嚴(yán)酷條件下的工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。多孔氮化硅陶瓷具有高強(qiáng)度、耐高溫、抗氧化、抗熱震、耐磨損和化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，在高溫、高速、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的工作環(huán)境中如高溫氣體過(guò)濾、傳感器、催化劑載體、分離膜等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；同時(shí)由于其具有較低的介電常數(shù)和介電損耗，且介電性能隨溫度變化較小，使得多孔氮化硅陶瓷在航空航天、電子等領(lǐng)域作為高溫高頻電磁透波材料具有特殊的應(yīng)用前景。多孔碳化硅/氮化硅復(fù)合陶瓷材料具有強(qiáng)度高、抗熱震性好、耐高溫、抗腐蝕、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，所以其作為過(guò)濾器在鋼水和熔融金屬過(guò)濾方面具有特別的優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用潛力。關(guān)于它們的研宄已經(jīng)成為目前多孔陶瓷研宄的熱點(diǎn)之一。
[0003]多孔陶瓷的制備有添加造孔劑法、模板復(fù)制法、發(fā)泡法、顆粒堆積法、溶膠凝膠法等。發(fā)泡法工藝簡(jiǎn)單，所制備的多孔陶瓷氣孔率高強(qiáng)度高，材料中的孔主要為連通孔，生產(chǎn)成本低。目前生產(chǎn)的泡沫陶瓷過(guò)濾器的性能雖有所提高，成本也不斷降低，但仍存在著以下冋題:
(1)抗沖擊強(qiáng)度低，澆注時(shí)過(guò)濾器易沖毀，不易過(guò)濾掉20μm以下的夾雜物；
(2)過(guò)濾器自身品質(zhì)較低，有的過(guò)濾器掉渣嚴(yán)重，會(huì)成為新的鋼水雜質(zhì)，有的氣孔率低，嚴(yán)重影響過(guò)濾效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低的多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料的制備方法，所制備的多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)、氣孔率高、耐高溫性能優(yōu)良、強(qiáng)度較高、抗熱震性能好和抗蠕變性能優(yōu)異。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:以25~75wt%的硅粉、12~69wt%的碳化娃粉、3~8wt%的燒結(jié)助劑和3~5wt%的結(jié)合劑為原料，混合均勾，再加入所述原料
0.l~2wt%的Fs60和5~30wt%的復(fù)合發(fā)泡劑，攪拌均勻，制得陶瓷泡沫料漿。將陶瓷泡沫料漿注漿成型，干燥，制得素坯；然后將所述素坯在氮?dú)鈿夥障乱?~15° C/min的速率升溫至1320-1380° C，保溫0.8~1.2h，再以同樣的速率升溫至1450~1600° C，保溫3~8h，制得多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料。
[0006]所述硅粉的粒度為0.1-150 μ m，碳化硅粉的粒度為0.1-150 μ m。
[0007]所述硅粉中的Si含量彡99.99wt%o
[0008]所述碳化硅粉中的SiC含量彡97wt%o
[0009]所述燒結(jié)助劑為氧化釔、或?yàn)檠趸惻c氧化鋁的混合物；其中:氧化釔中的Y2O3含量彡99.9wt%，氧化釔的粒度< 0.005mm ;氧化鋁中的Al2O3含量彡99.9wt%，氧化鋁的粒度< 0.005mm。
[0010]所述結(jié)合劑為玉米淀粉或?yàn)楣枞苣z。
[0011]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下主要優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明通過(guò)發(fā)泡法，采用硅粉氮化反應(yīng)燒結(jié)，制得多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料，減少了復(fù)雜成型和排膠等工藝過(guò)程；且采用硅粉代替氮化硅粉，大大降低了生產(chǎn)成本，故本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低。
[0012]本方法所制備的多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料的氣孔率為30~90%，強(qiáng)度為2~100MPa，孔徑為l~1500 ym。所制備的多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料為多級(jí)孔結(jié)構(gòu)、氣孔率高、耐高溫、強(qiáng)度較高、抗熱震性能好和抗蠕變性能優(yōu)異，其中多級(jí)孔結(jié)構(gòu)有利于鋼水中不同尺寸夾雜物的過(guò)濾。
[0013]因此，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單和成本低，所制備的多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)、氣孔率高、耐高溫性能優(yōu)良、強(qiáng)度較高、抗熱震性能好和抗蠕變性能優(yōu)異的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0015]為避免重復(fù)，先將本【具體實(shí)施方式】所涉及的技術(shù)參數(shù)統(tǒng)一描述如下，實(shí)施例中不再贅述:
所述硅粉中的Si含量彡99.99wt%o
[0016]所述碳化硅粉中的SiC含量彡97wt%o
[0017]所述氧化釔中的Y2O3含量彡99.9wt%，氧化釔的粒度< 0.005mm ;所述氧化鋁中的Al2O3含量彡99.9wt%，氧化鋁的粒度< 0.005mm。
[0018]實(shí)施例1
一種多孔氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。以25~35wt%的娃粉、55~65wt%的碳化硅粉、3~5wt%的燒結(jié)助劑和3~5wt%的結(jié)合劑為原料，混合均勻，再加入所述原料0.l~lwt%的Fs60和5~10wt%的復(fù)合發(fā)泡劑，攪拌均勻，制得陶瓷泡沫料漿。將陶瓷泡沫料漿注漿成型，干燥，制得素坯；然后將所述素坯在氮?dú)鈿夥障乱?~15° C/min的速率升溫至1320~1380° C，保溫0.8-1.2h，再以同樣的速率升溫至1450~1500° C，保溫3~5h，制得多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料。
[0019]本實(shí)施例中:所述硅粉的粒度為20~100 μπι，所述碳化硅粉的粒度為0.1-90 μ m ；所述燒結(jié)助劑為氧化釔，所述結(jié)合劑為玉米淀粉。
[0020]實(shí)施例2
一種多孔氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。以30~45wt%的娃粉、48-62wt%的碳化娃粉、4~6wt%的燒結(jié)助劑和3~5wt%的結(jié)合劑為原料，混合均勾，再加入所述原料0.3-1.5wt%的Fs60和5~10wt%的復(fù)合發(fā)泡劑，攪拌均勻，制得陶瓷泡沫料漿。將陶瓷泡沫料漿注漿成型，干燥，制得素坯；然后將所述素坯在氮?dú)鈿夥障乱?~15° C/min的速率升溫至1320~1380° C，保溫0.8~1.2h，再以同樣的速率升溫至1450~1550° C，保溫4~6h，制得多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料。
[0021]本實(shí)施例中:所述硅粉的粒度為0.1-50 μ m,所述碳化硅粉的粒度為0.5-40 μ m ；所述燒結(jié)助劑為氧化釔與氧化鋁的混合物，所述結(jié)合劑為玉米淀粉。
[0022]實(shí)施例3
一種多孔氮化娃結(jié)合碳化娃復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。以50~75wt%的娃粉、18~38wt%的碳化娃粉、4~8wt%的燒結(jié)助劑和3~5wt%的結(jié)合劑為原料，混合均勾，再加入所述原料0.5~2wt%的Fs60和10~20wt%的復(fù)合發(fā)泡劑，攪拌均勻，制得陶瓷泡沫料漿。將陶瓷泡沫料漿注漿成型，干燥，制得素坯；然后將所述素坯在氮?dú)鈿夥障乱?~15° C/min的速率升溫至1320~1380° C，保溫0.8-1.2h，再以同樣的速率升溫至1450~1550° C，保溫5~8h，制得多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料。
[0023]本實(shí)施例中:所述硅粉的粒度為5~79 μ m，所述碳化硅粉的粒度為2~100 μ m ;所述燒結(jié)助劑為氧化釔，所述結(jié)合劑為硅溶膠。
[0024]實(shí)施例4
一種多孔氮化硅結(jié)合碳化硅復(fù)合陶瓷材料及其制備方法。以25~40wt%的硅粉、50~69wt%的碳化硅粉、3~6wt%的燒結(jié)助劑和3~5wt%的結(jié)合劑為原料，混合均勻，再加入所述原料0.8-1.8wt%的Fs