一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于多孔陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，提出一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法。提出的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法采用氧化鋁溶膠作為鋁源，利用發(fā)泡法與溶膠凝膠工藝相結(jié)合的方法，使泡沫漿料的快速固化成型得到多孔坯體；然后在高溫下利用氧化鋁納米粒子與碳化硅粉體氧化后產(chǎn)生的二氧化硅反應(yīng)生成莫來石使碳化硅粉體在空氣氣氛下產(chǎn)生強(qiáng)度，最終制備得莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。本發(fā)明的莫來石結(jié)合碳化硅使材料具有高氣孔率、高強(qiáng)度、高熱震穩(wěn)定性的特點。
【專利說明】
一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于多孔陶瓷制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳化硅多孔陶瓷以其特有的性能如熱膨脹系數(shù)小、強(qiáng)度高、抗熱震穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、使用壽命長以及相對較好的抗氧化性等，在眾多領(lǐng)域得到了已經(jīng)廣泛的應(yīng)用，比如催化劑載體、熱氣流或熔融金屬過濾器、高溫膜反應(yīng)器、絕熱材料以及傳感器等。
[0003]碳化硅中的S1-C鍵是極強(qiáng)的共價鍵，燒結(jié)時質(zhì)點擴(kuò)散速率很低，晶界能和表面能之比很高，不易獲得足夠的能量形成晶界，很難在2100°C以下燒結(jié)來制備高強(qiáng)度材料，常需要采用一些特殊氣氛或者依靠第二相物質(zhì)幫助，促進(jìn)其燒結(jié);這些特殊的氣氛價格昂貴，限制了其廣泛使用，因此依靠第二相物質(zhì)成為研究的熱點，以二氧化硅，堇青石以及莫來石為代表的第二相物質(zhì)已得到了很好的利用；其中，莫來石具有使用溫度高，抗氧化性強(qiáng)，高溫穩(wěn)定性好且平均熱膨脹系數(shù)(5.3父10—6/1(，0?1000°(:)與31(:(4.7\10—6/1(，0?1000°(:)接近的優(yōu)異性能，成為最理想的第二相物質(zhì)。
[0004]目前莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法以添加固態(tài)造孔劑法(如石墨，鋸末，淀粉等)結(jié)合干壓成型為主，采用該方法制備的材料氣孔形狀各異，氣孔率較低且氣孔分布不均勻，在燒失過程中會對環(huán)境造成污染;發(fā)泡法是一種常用的制備多孔陶瓷的方法，它是在坯體制備過程利用表面活性劑機(jī)械發(fā)泡的方式，配合一定的成型技術(shù)，可制備出氣孔率〉90%且氣孔分布均勻的多孔陶瓷材料，在制備過程中不會造成環(huán)境的污染;然而，氣泡為熱力學(xué)非穩(wěn)定相，在陶瓷漿料中會出現(xiàn)長大，上浮，破裂等現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提出一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法。
[0006]本發(fā)明為完成上述目的采用如下技術(shù)方案:
一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，所述的制備方法采用氧化鋁溶膠作為鋁源，利用發(fā)泡法與溶膠凝膠工藝相結(jié)合的方法，使泡沫漿料的快速固化成型得到多孔坯體；氧化鋁溶膠固化后得到氧化鋁凝膠;然后在高溫下利用氧化鋁凝膠中的氧化鋁納米粒子與碳化硅粉體氧化后產(chǎn)生的二氧化硅反應(yīng)生成莫來石使碳化硅粉體在空氣氣氛下產(chǎn)生強(qiáng)度，最終制備得莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷;其具體方法為:
1)懸浮漿料的制備:將碳化硅粉體、氧化鋁溶膠、水、分散劑、氧化鋁磨球按一定比例加入到球磨罐中進(jìn)行球磨混合，得到穩(wěn)定的懸浮漿料；
2)泡沫漿料的制備、固化:將步驟I)所制得的懸浮漿料移至攪拌桶中進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌的同時加入一定量的表面活性劑，漿料中產(chǎn)生氣泡，在泡沫穩(wěn)定后加入電熔鎂砂作為固化劑，攪拌一定時間后將泡沫漿料注入模具，使泡沫漿料借助氧化鋁溶膠在堿性環(huán)境中凝膠化的特性快速固化得到具有一定孔隙率的多孔坯體；
3)莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備:將步驟2)中成型后的多孔坯體移至烘箱中烘干，干燥溫度為80?120 °C，持續(xù)時間為5?10h;干燥后置于空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至12000C?15000C，保溫I?50小時得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0007]在1200°C?1500 °C的溫度下，氧化鋁凝膠中的氧化鋁納米粒子與碳化硅粉體氧化得到的二氧化硅發(fā)生原位莫來石化反應(yīng)最終得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0008]所述的氧化鋁溶膠、水、分散劑、氧化鋁磨球、發(fā)泡劑的加入量分別為碳化硅粉體質(zhì)量的 1 ?80%、5%?120%、0.3%?3%、50%?300%、4%?25%。
所述碳化硅粉體的平均粒徑為0.5?85μπι。
[0009]所述的分散劑為三聚磷酸銨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸銨、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸銨、四甲基氫氧化銨中的一種或兩種兩種以上任意質(zhì)量比的混合物。
[0010]所述的氧化鋁溶膠中氧化鋁的濃度為25%。
[0011]所述的發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基三乙醇胺、十二烷基硫酸銨、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種以上任意質(zhì)量比的混合物。
[0012]所述電熔鎂砂的加入量為碳化硅粉體質(zhì)量的0.1%?2%。
[0013]氧化鋁溶膠是氧化鋁膠粒分散在水中的膠體溶液，膠體粒子微細(xì)(10-20nm)，有相當(dāng)大的比表面積，粒子本身無色透明，不影響被覆蓋物的本色，膠體溶液(溶膠)的PH值在3-5之間，粘度較低，水能滲透的地方都能滲透，與其它物質(zhì)混合時分散性和滲透性都非常好，當(dāng)PH值升高(pH>8)時，會產(chǎn)生凝膠化，從而失去流動性。
[0014]電熔鎂砂具有較強(qiáng)的水化特性，遇水會使?jié){料的pH值升高，隨著pH值向堿性方向的發(fā)展，氧化鋁溶膠會發(fā)生凝膠化反應(yīng)。
[0015]本發(fā)明提出的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，在常溫下利用發(fā)泡法結(jié)合溶膠凝膠工藝，借助氧化鋁溶膠在堿性環(huán)境中凝膠化的特性，實現(xiàn)泡沫漿料的快速固化成型，避免了長大，上浮，破裂等現(xiàn)象的發(fā)生;在高溫下，氧化鋁納米粒子作為鋁源與碳化硅粉體氧化得到的二氧化硅發(fā)生原位莫來石化反應(yīng)，使材料燒結(jié)，其燒結(jié)溫度低于1500°C，燒結(jié)氣氛為空氣且不引入雜質(zhì);在高溫下利用原位反應(yīng)生成的莫來石結(jié)合碳化硅使材料具有高氣孔率、高強(qiáng)度、高熱震穩(wěn)定性的特點。
【具體實施方式】
[0016]結(jié)合下述實施例對本發(fā)明加以詳細(xì)說明:
實施例1
選取中位徑為5.Ομπι的碳化娃粉體，占碳化娃粉體質(zhì)量40%的水，占碳化娃粉體質(zhì)量
0.3%的三聚磷酸鈉、占碳化硅粉體質(zhì)量25%氧化鋁溶膠和占碳化硅粉體質(zhì)量100%的氧化鋁磨球并倒入球磨罐中球磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速是38r/min，運(yùn)行Ih;將球磨后的楽料置于攪拌桶中攪拌，攪拌的同時加入占碳化硅粉體質(zhì)量為10%的十二烷基三乙醇胺，漿料充分發(fā)泡后，加入占碳化硅粉體質(zhì)量0.1%的電熔鎂砂，攪拌50min注入模具，漿料快速固化成型，24h后脫模，脫模后的坯體置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中100°C保溫20h;干燥后的坯體在空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至1400°C，保溫10h，得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0017]實施例2 選取中位徑為12.5μηι的碳化娃粉體，占碳化娃粉體質(zhì)量120%的水，占碳化娃粉體質(zhì)量
0.5%的六偏磷酸鈉、占碳化硅粉體質(zhì)量10%氧化鋁溶膠和占碳化硅粉體質(zhì)量150%的氧化鋁磨球并倒入球磨罐中球磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速是38r/min，運(yùn)行2h;將球磨后的楽料置于攪拌桶中攪拌，攪拌的同時加入占碳化硅粉體質(zhì)量為20%的十二烷基硫酸鈉，漿料充分發(fā)泡后，加入占碳化硅粉體質(zhì)量0.3%的電熔鎂砂，攪拌50min注入模具，漿料快速固化成型，24h后脫模，脫模后的坯體置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中IlOtC保溫1h;干燥后的坯體在空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至1450°C，保溫15h，得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0018]實施例3
選取中位徑為38.6μηι的碳化娃粉體，占碳化娃粉體質(zhì)量20%的水，占碳化娃粉體質(zhì)量1.8%的四甲基氫氧化銨、占碳化硅粉體質(zhì)量20%氧化鋁溶膠和占碳化硅粉體質(zhì)量200%的氧化招磨球并倒入球磨罐中球磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速是38r/min，運(yùn)行3h;將球磨后的楽料置于攪拌桶中攪拌，攪拌的同時加入占碳化硅粉體質(zhì)量為25%的十二烷基硫酸銨，漿料充分發(fā)泡后，加入占碳化硅粉體質(zhì)量0.8%的電熔鎂砂，攪拌50min注入模具，漿料快速固化成型，24h后脫模，脫模后的坯體置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中90°C保溫1h;干燥后的坯體在空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至1450°C，保溫20h，得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0019]實施例4
選取中位徑為3.5μπι的碳化硅粉體，占碳化硅粉體質(zhì)量50%的水，占碳化硅粉體質(zhì)量3%的六偏磷酸銨、占碳化硅粉體質(zhì)量40%氧化鋁溶膠和占碳化硅粉體質(zhì)量50%的氧化鋁磨球并倒入球磨罐中球磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速是38r/min，運(yùn)行1h;將球磨后的楽料置于攪拌桶中攪拌，攪拌的同時加入占碳化硅粉體質(zhì)量為15%的十二烷基苯磺酸鈉，漿料充分發(fā)泡后，加入占碳化硅粉體質(zhì)量1.2%的電熔鎂砂，攪拌50min注入模具，漿料快速固化成型，24h后脫模，脫模后的坯體置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中90°C保溫20h;干燥后的坯體在空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至1350°C，保溫5h，得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
[0020]實施例5
選取中位徑為2.1ym的碳化娃粉體，占碳化娃粉體質(zhì)量5%的水，占碳化娃粉體質(zhì)量1.2%的四甲基氫氧化銨、占碳化硅粉體質(zhì)量80%氧化鋁溶膠和占碳化硅粉體質(zhì)量300%的氧化鋁磨球并倒入球磨罐中球磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速是38r/min，運(yùn)行20h;將球磨后的漿料置于攪拌桶中攪拌，攪拌的同時加入占碳化硅粉體質(zhì)量為4%的十二烷基苯磺酸鈉，漿料充分發(fā)泡后，加入占碳化硅粉體質(zhì)量2%的電熔鎂砂，攪拌50min注入模具，漿料快速固化成型，24h后脫模，脫模后的坯體置于電熱鼓風(fēng)干燥箱中100°C保溫20h;干燥后的坯體在空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至1350°C，保溫2h，得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。
【主權(quán)項】
1.一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的制備方法采用氧化鋁溶膠作為鋁源，利用發(fā)泡法與溶膠凝膠工藝相結(jié)合的方法，使泡沫漿料的快速固化成型得到多孔坯體;氧化鋁溶膠固化后得到氧化鋁凝膠;然后在高溫下利用氧化鋁凝膠中的氧化鋁納米粒子與碳化硅粉體氧化后產(chǎn)生的二氧化硅反應(yīng)生成莫來石使碳化硅粉體在空氣氣氛下產(chǎn)生強(qiáng)度，最終制備得莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷;其具體方法為: (1)懸浮漿料的制備:將碳化硅粉體、氧化鋁溶膠、水、分散劑、氧化鋁磨球按一定比例加入到球磨罐中進(jìn)行球磨混合，得到穩(wěn)定的懸浮漿料； (2)泡沫漿料的制備、固化:將步驟I)所制得的懸浮漿料移至攪拌桶中進(jìn)行機(jī)械攪拌，攪拌的同時加入一定量的表面活性劑，并在泡沫穩(wěn)定后加入電熔鎂砂作為固化劑，攪拌一定時間后得到泡沫漿料;然后將泡沫漿料注入模具，使泡沫漿料借助氧化鋁溶膠在堿性環(huán)境中凝膠化的特性快速固化得到具有一定孔隙率的多孔坯體； (3)莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備:將步驟2)中成型后的多孔坯體移至烘箱中烘干，干燥溫度為80?120 °C，持續(xù)時間為5?10h;干燥后置于空氣氣氛下以5°C/min的升溫速率升溫至12000C?15000C，保溫I?50小時得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。2.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:在1200°C?1500°C的溫度下，氧化鋁凝膠中的氧化鋁納米粒子作為鋁源與碳化硅粉體氧化得到的二氧化硅發(fā)生原位莫來石化反應(yīng)最終得到莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷。3.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的氧化鋁、水、分散劑、氧化鋁磨球、發(fā)泡劑的加入量分別為碳化硅粉體質(zhì)量的10?80%、5%?120%、0.3%?3%、50%?300%、4%?25%。4.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述碳化硅粉體的平均粒徑為0.5?85μπι。5.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的分散劑為三聚磷酸銨、三聚磷酸鈉、六偏磷酸銨、六偏磷酸鈉、聚丙烯酸銨、四甲基氫氧化銨中的一種或兩種兩種以上任意質(zhì)量比的混合物。6.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的氧化鋁溶膠中氧化鋁的濃度為2 5%。7.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述電熔鎂砂的加入量為碳化硅粉體質(zhì)量的0.1%?2%。8.如權(quán)利要求1所述的一種莫來石結(jié)合碳化硅多孔陶瓷的制備方法，其特征在于:所述的發(fā)泡劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基三乙醇胺、十二烷基硫酸銨、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或兩種以上任意質(zhì)量比的混合物。
【文檔編號】C04B35/64GK105924225SQ201610255677
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】董賓賓, 王剛, 袁波
【申請人】中鋼集團(tuán)洛陽耐火材料研究院有限公司