專利名稱：一種碳化硅泡沫陶瓷波紋板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔陶瓷桐'料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)度、高比表面、
低膨脹、高導(dǎo)熱、抗熱沖擊性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)可控的SiC泡沫陶瓷波
紋板及其制備方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)眼多孔陶瓷是一種具有三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔陶瓷，近年來越來越弓胞
人們的關(guān)注，尤其SiC泡沬陶瓷(參見中國專利申請，申請?zhí)?31340393，發(fā)
明名稱 一種高強(qiáng)度致密的泡沫碳化硅陶瓷材料及其制備方法，公開號CN
1600742A)。作為一種新型功能材料，SiC泡沫陶瓷可具有較高的連通孔隙率，且 在一定程度上保持了 SiC陶瓷的本質(zhì)，具有低密度、高比表面、高衝透性、良好 的高溫穩(wěn)定性及抗熱震性、高化學(xué)穩(wěn)定性、長使役壽命等優(yōu)良特性，因此適合于 高溫、腐蝕、氧化的環(huán)境。該類多孔陶瓷最初多用在金屬熔體特別是高熔點(diǎn)合金 的過濾上，而且隨著對其研究的深入，越來越多的功能已經(jīng)被開發(fā)出來，使它在 冶金、化工、機(jī)械、環(huán)保、會(huì)^源等行業(yè)可作為高溫過濾、凈化、吸收、分離、催 化、混合、隔熱及換熱器件，應(yīng)用十分廣泛。
目前，碳化硅泡沬陶瓷有以下四種方法制備粉末燒結(jié)法、固相反應(yīng)燒結(jié)法、 含硅樹脂熱解法和氣相沉積法。粉末燒結(jié)法是將含有一定量燒結(jié)助齊啲碳化硅粉 與連接劑(如硅酸乙脂7K解液、硅溶膠等)調(diào)成合適濃度的料漿后，浸掛在聚氨 脂泡沫上，固化干燥后，在20(K60(TC范圍脫出連接劑和聚氨脂泡沫，而后，將 溫度升高到1500 2200'C之間進(jìn)行燒結(jié)便得到泡沫狀的碳化硅陶瓷；固相反應(yīng)燒 結(jié)法是將株?duì)畎l(fā)泡劑與硅粉和碳粉均勻混合成型，通過熔化或氣化脫出發(fā)泡劑， 經(jīng)過高 顯反應(yīng)燒結(jié)后即獲得泡沫碳化硅陶瓷；含硅樹脂熱解法是將有機(jī)硅前驅(qū)體 制成高分子凝膠，脫出凝膠中的有機(jī)溶劑后得到泡沫狀的含硅樹脂，經(jīng)充分預(yù)氧 化后進(jìn)行熱解即得到泡沫碳化硅陶瓷；氣相沉積法是利用化學(xué)氣相沉積的方法將 碳化硅沉積到網(wǎng)狀碳纖維編織體上而獲得泡沫狀碳化硅陶瓷。上述四種方法均有各自的不足。前三種方法由于沒有熱壓過程，初始密度不高，制備的泡沬狀碳化 硅陶瓷不致密，因而強(qiáng)度低，并且固相反應(yīng)燒結(jié)法和含硅樹脂熱解法孔隙體積和 尺寸難以控制；而氣相沉積法面臨制作成本高，速度慢等問題。這些問題使泡沫 碳化硅陶瓷的應(yīng)用，特別是新的應(yīng)用，受到不同程度的制約。
無論何種方法制備的碳化硅泡沬陶瓷材料，其最終得到的材料都要經(jīng)過加工 成型為特定形狀才能夠應(yīng)用在實(shí)際環(huán)境下，現(xiàn)有的碳化硅泡沫陶瓷制備技術(shù)多采 用機(jī)械加工方法得到，但機(jī)械加工面臨著陶瓷材料脆、硬、刀具磨損的問題，而 對于特殊的形狀結(jié)構(gòu)一比如本發(fā)明的碳化硅泡沫陶瓷波紋板來說，還沒有克服成 型的問題，限制了泡沫陶瓷在很多情況下的應(yīng)用。因此現(xiàn)在需用到多孑L波紋板結(jié) 構(gòu)的情況下，多采用的是易于加工的金屬泡沫或者金屬網(wǎng)絡(luò)波紋板，但是金屬耐 高溫性能、耐腐蝕性能、耐氧化性能遠(yuǎn)不如陶瓷材料，使用中壽命低的問題一直 沒有解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種高強(qiáng)、高比表面、低膨脹、高導(dǎo)熱、抗熱沖擊
性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)可控的SiC泡沬陶瓷波紋板及其制備方法，解決碳 化硅泡沬陶瓷波紋板成型等問題。所述SiC泡沬陶瓷波紋板具有SiC陶瓷的基本
特性，如強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、耐化學(xué)腐蝕、抗氧化、高溫穩(wěn)定好、抗熱沖擊
能力強(qiáng)等；同時(shí)具有泡沬多孑L材料的高比表面、低體積密度、高孔隙率的特點(diǎn)； 所述制備方法工藝簡單，成本低。 本發(fā)明的技術(shù)方案是
一種碳化硅泡沫陶瓷波紋板，所述泡沫陶瓷材質(zhì)為SiC和Si，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)， 其成份由90%~98%的碳化硅和10% 2%的硅組成；泡沫陶瓷板片的形狀是由三 角形或圓滑波形組成的波紋板。
所述的碳化硅泡沫陶瓷波紋板，碳化硅泡沫陶瓷材料以多邊型封閉環(huán)為基本 單元，各基本單元相互連接形成三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，單元 L徑在10PPi 80PPi， 體積分?jǐn)?shù)控制在10 70%之間。
所述的碳化硅泡沬陶瓷波紋板，材料板片具有褶鈹狀的波紋形狀，波紋形狀 可以是三角形或者圓滑波形；波紋尺寸結(jié)構(gòu)可調(diào)。
所述的碳化硅泡沬陶瓷波紋板的制備方法，以固體顆粒粉末和具有較高產(chǎn)碳 率的高分子材料為原料，利用有機(jī)泡沫浸漬工藝并結(jié)合模壓方法制備波紋板前驅(qū)體，熱解、燒結(jié)，具體制備過程如下
(1) 原料準(zhǔn)備
將固體顆粒粉末、高分子材料、固化齊啦質(zhì)量百分比例為(70wt%~20wt%): (20wt%~70wt%): (lwt%~10wt%)共溶于有機(jī)溶劑中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過 濾，得料槳，所述料漿溶液溶質(zhì)為總質(zhì)量的5~80%;
固體顆粒粉末是碳化硅粉、硅粉或者二者混合粉末；高分子材料選自環(huán)氧樹 脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之一種或幾種；固化齊偽對甲苯磺酸、五洛脫品、草 酸或擰檬酸；有機(jī)溶劑為乙醇或甲醛；
有機(jī)泡沫采用聚S安酯海綿泡沫，泡沫孔徑在10PPi 80PPi之間選擇；
(2) 波紋成型
將上述原料均勻涂敷在有機(jī)泡沬上，然后鋪在加熱的對開成型模具的一面上 后合模固化，成為模具形狀的波紋形狀；或者，采用加熱的波紋對輥，將涂敷后 的有機(jī)泡沫在對輥間擠壓固化成型為具有波紋形狀，對開成型模具或波紋對輥的 預(yù)熱溫度為120~180°C，波紋形狀根據(jù)實(shí)際情況由模具形狀控制；
(3) 浸漬
將步驟(2)得到的波紋板片繼續(xù)在步驟(1)中準(zhǔn)備好的料漿中浸泡，取出 并通過離心、氣吹的方法去除多余料漿，保持泡沫開孔，烘干固化，然后重復(fù)上 述過程多遍次，得到所需體積分?jǐn)?shù)的有機(jī)高分子前驅(qū)體，其中碳化硅泡沫陶瓷的 體積分?jǐn)?shù)控制在10~70%之間，其中烘干固化M^為12(M8(TC;
(4) 熱解
將有機(jī)高分子前驅(qū)體在氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的保護(hù)氣氛下，或者在真 空條件下熱解，生成碳質(zhì)波紋板片，升溫速率每分鐘1 10°C，升溫至800 1200。C， 保溫0.5 2小時(shí)；
(5) 液相反應(yīng)熔滲
將熱解得到的碳質(zhì)波紋板片進(jìn)行反應(yīng)熔滲燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)熔滲中選用的原料 為硅，在氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的保護(hù)氣氛下燒結(jié)滲硅，或者在真空條件下 進(jìn)行燒結(jié)滲硅，升溫速率為每分鐘5 15。C，烙j斬鵬為1600 1900°C，保溫0.5~5 小時(shí)，得SiC泡沫陶瓷波紋板。
本發(fā)明是將固體顆粒粉末(碳化硅粉、硅粉或者二者混合粉末)與高產(chǎn)碳率 的高分子混合料漿；后將料漿均勻涂敷有機(jī)泡沫上，然后將其鋪在加熱的對開成型模具的一面上后合模加壓，使其固化，成為具有模具形狀的波紋板形狀有機(jī)高 分子前軀體，或者采用加熱的齒形對輥擠壓成型，后將得到的波紋板形狀前軀體 繼續(xù)在料漿中浸漬，再用離心或者風(fēng)吹的方法去除多余料槳，重復(fù)多遍次，得到 需要的體積分?jǐn)?shù)預(yù)制體。
將固化后的預(yù)制體在真空或隋性氣體保護(hù)爐中進(jìn)行熱解，得到與保留了波紋 板形狀的由固體粉末顆粒與熱解碳組成的碳結(jié)構(gòu)波紋板。
在反應(yīng)燒結(jié)熔滲中，硅熔體在真空或保護(hù)氣氛下被熔化過熱，進(jìn)而碳結(jié)構(gòu)波
紋板的碳與氣相或液相硅反應(yīng)生成碳化硅，并與碳結(jié)構(gòu)波紋板中的原始碳化石as
粒結(jié)合起來得到高強(qiáng)、高比表面、結(jié)構(gòu)可控SiC泡沫陶瓷波紋板。
本發(fā)明在避開傳統(tǒng)制備SiC泡沫陶瓷制備工藝可控性差，成本高的基礎(chǔ)上，
發(fā)展了一種高強(qiáng)、高比表面、結(jié)構(gòu)可控SiC泡沫陶瓷波紋板及其制備技術(shù)，具有
如下優(yōu)點(diǎn)
1、 波紋形狀可控。本發(fā)明所述SiC泡沫陶瓷波紋板的制備方法中模壓成型模 具為對開模，模具成型形狀為所需SiC泡沫陶瓷形狀，模具制造時(shí)可以設(shè)計(jì)模具
開槽形狀為三角形、波形等，如附圖1所示，模具開槽間距及開槽尺寸可以調(diào)節(jié),
進(jìn)而在壓制成型中可控制為相應(yīng)的形狀；再控制上下模具間隙就可調(diào)整波紋板厚 度；或者采用齒形對輥擠壓工藝，對輥齒形亦可是三角形或者波形，如附圖2所 示，輥間隙可調(diào)節(jié)，波紋板形狀、厚度可控。波紋板厚度可以控制在0.5 20mm 之間，波峰高度可以在2 50mm之間，波寬尺寸可以隨意控制。
2、 SiC泡沫陶瓷波紋板強(qiáng)度好。本發(fā)明采用有機(jī)高分子熱解得到碳前驅(qū)體及 液相反應(yīng)熔滲燒結(jié)工藝，樹脂熱解得到的碳在熔滲反應(yīng)中生成的碳化硅與料漿中 添加的碳化硅粉末顆粒牢固結(jié)合，因而碳化硅陶瓷相粒子結(jié)合強(qiáng)度高，存在強(qiáng)的 相互作用，組織均勻細(xì)密，保證了材料具有高的力學(xué)性能，避免了傳統(tǒng)無壓燒結(jié) 法制備SiC泡沫陶瓷材料SiC顆粒結(jié)合不牢，強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)。
3、 工藝簡單，成本低。而本發(fā)明制備SiC泡沫陶瓷波紋板，原料容易配制; 模具加工簡單、壽命高；成型后熱解及燒結(jié)過程中陶瓷不會(huì)損壞變形，成品率高， 工藝簡單，成本低廉。


圖1是本發(fā)明齒形對輥示意圖。 圖2是本發(fā)明對開模具示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明SiC泡沫陶瓷波紋板的制備方法工藝簡單，主要包括原料制備、模壓
成型、浸掛、熱解以及燒成工藝。
該制備方法以固體顆粒粉末和具有較高產(chǎn)碳率的高分子材料為原料，模壓制 備泡沫波紋板前驅(qū)體，浸掛得到需要體積分?jǐn)?shù)后，熱解、燒結(jié)，具體制備過程如
下
(1) 將固體顆粒粉末(碳化硅粉、硅粉或二者混合粉)、高分子材料、固化 劑和有機(jī)溶劑按一定比例混合，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過濾，得料漿，所述料漿溶
液溶質(zhì)為總質(zhì)量的5 80% (優(yōu)選范圍為40 80%，風(fēng)干后的有機(jī)溶劑含量為 5 10%)。
采用的高分子材料選自環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之一種或幾種，固體 顆粒粉末可以是碳化硅粉、硅粉或者二者混合粉末，硅粉及碳化硅粉質(zhì)量純度為 95%以上，平均粒度為10nm 25nm;有機(jī)溶劑可以是乙醇或甲醛等，溶劑質(zhì)量濃 度50 90%之間；固化齊偽:對甲苯磺酸、五洛脫品、草酸或檸檬酸等，在100 250°C 溫度下固化，時(shí)間1 10分鐘，固體顆粒粉末、高分子材料與固化劑之間質(zhì)量百 分比例為(70wt%~20wt%): (20wt%~70wt%): (lwt%~10wt%)。如采用碳化硅 粉和硅粉混合粉末，二者質(zhì)量比例為(20~90%): (80~10%)。
(2) 模壓波紋成型
將步驟(1)得到原料均勻涂敷在有機(jī)泡沫上，然后鋪在加熱的對開成型模具 (見附圖1)的一面上后合模，然后加以一定的壓力壓至模具預(yù)訂柳艮位處，使 高分子材料為粘合劑的料漿固化，成為有機(jī)泡沫波紋板前驅(qū)體，或者采用加熱的 齒輪對輥(見附圖2)，將涂敷后的有機(jī)泡沫在加熱的對輥間擠壓固化成型波紋形 狀，然后將得到的有機(jī)泡沫波紋板前驅(qū)體在料漿中浸漬，離心或者氣吹去除多余 料漿，保證泡沫開孔結(jié)構(gòu)，烘干固化，重復(fù)上述過程多遍次，得到需要體積分?jǐn)?shù)， 這里對開成型模具或齒輪對輥的預(yù)熱溫度為120 180°C 。
如圖1所示，齒形對輥為上齒形輥l、下齒形輥2相對設(shè)置結(jié)構(gòu)，齒形X寸輥 生產(chǎn)的有機(jī)泡沫波紋板前驅(qū)體3的齒形可為三角形或波形等。如圖2所示，模壓 成型模具為上模4和下模5的對開模具，模具成型形狀為所需泡沬波紋板形狀， 壓制成型的有機(jī)泡沫波紋板前驅(qū)體3結(jié)構(gòu)可為三角形或波形等。
(3) 熱解將有機(jī)泡沫波紋板前驅(qū)體在保護(hù)氣氛(氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w)或真空 條件下熱解，生成碳質(zhì)泡沫波紋板。其中，升溫速率每分鐘1 10°C，升溫至 800 1200°C ，保溫0.5 2小時(shí)。 (4)液相反應(yīng)熔滲
將熱解得到的碳質(zhì)泡沫波紋板進(jìn)行反應(yīng)熔滲燒結(jié)，燒結(jié)在保護(hù)氣氛(氬氣、 氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w)或真空條件下進(jìn)行，升溫速率為每分鐘5 15。C，烙^M度 為1400~1900°C，保溫0.5 5小時(shí)，得SiC泡沫陶瓷波紋板。反應(yīng)燒結(jié)熔滲中選 用的原料為硅。經(jīng)過滲Si后獲得碳化硅泡沫陶瓷，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成份由 90% 98%的碳化硅和10%~2%的硅組成。
實(shí)驗(yàn)表明，在上述實(shí)施方式和參數(shù)范圍內(nèi)，均可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的。下面通過 實(shí)施例詳述本發(fā)明。
實(shí)施例1
將質(zhì)量比分別為60%: 35%: 5%的平均粒度5|im碳化硅粉、酚醛樹脂、對 甲苯磺酸共溶于無水乙醇中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過濾，得料漿，所述料漿溶液 溶質(zhì)為總質(zhì)量的80% (風(fēng)干后的有機(jī)溶劑含量為10%)。將這種原料均勻涂覆在 有機(jī)泡沬聚胺酯海綿泡沬(泡沫 L徑在10PPi 80PPi之間)上，然后鋪在加熱到 12(TC的具有三角開槽的對開模具的一面上，合模加壓至限位處，模具之間限位保 證間隙為0.5mm，保溫3^l中后固化，開模即可得至俱有三角溝槽的有機(jī)泡沫波 紋板前驅(qū)體，后將得到的前驅(qū)體在料漿中浸漬，離心去除多余料漿，保證泡沫開 孔結(jié)構(gòu)，烘干固化，重復(fù)上述過程多遍次，得到40%體積分?jǐn)?shù)的碳化硅泡沫陶瓷 前驅(qū)體，后將該前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下熱解，生成碳質(zhì)波紋板，其中升溫速率每分 鐘2。C，升溫至120(TC，保溫0.5小時(shí)。熱解后，進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲燒結(jié)，反應(yīng) 溫度1650°C，升溫速率為1(TC/分鐘，保溫1小時(shí)，熔滲原料為Si，得開孔的SiC 泡沫陶瓷波紋板。經(jīng)過滲Si后獲得碳化硅泡沫陶瓷，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成份由 98%的碳化硅和2%的硅組成，復(fù)相泡沫筋相X寸密度為100%，碳化硅平均晶粒粒 度為5,。
本實(shí)施例所得SiC泡沫陶瓷波紋板的技術(shù)指標(biāo)如下波紋形狀為三角形，波 峰高5mm，波寬5mm;單位面積孑L數(shù)50PPi;表觀密度l.lg/cm3;孔隙率 60%;耐強(qiáng)酸i^蝕；1000°C下水淬實(shí)驗(yàn)可經(jīng)受10個(gè)循環(huán)不損壞。
實(shí)施例2
9將質(zhì)量比分別為50%: 10%: 35%: 5%的平均粒度5pm碳化硅粉及平均粒 度為3pm硅粉、酚醛樹脂、對甲苯磺酸共溶于無水乙醇中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨， 過濾，得料漿，所述料漿溶液溶質(zhì)為總質(zhì)量75%(風(fēng)干后的有機(jī)溶劑含量為10%)。 將這禾中原料均勻涂覆在選好的有機(jī)泡沫聚胺酯海綿泡沫(泡沫孑L徑在10PPi 80PPi 之間)上，后在加熱到15(TC的具有波狀齒形對輥中擠壓走過，上下輥之間保證 間隙為2mm，輥壓速度為lm/min，得到有機(jī)泡沬波紋板前驅(qū)體，再將其在料槳 中浸漬，氣吹去除多余料漿，保證泡沫開孔結(jié)構(gòu)，烘干固化，重復(fù)上述過程多遍 次，得到60%體積分?jǐn)?shù)的碳化硅泡沬陶瓷前驅(qū)體，后將該前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下熱 解，生成碳質(zhì)波紋板；其中升溫速率每分鐘2"，升溫至90(TC，保溫0.5小時(shí)。 熱解后，進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲燒結(jié)，反應(yīng)溫度1750°C，升溫速率為lCTC/分鐘，保 溫2.5小時(shí)，在此燒結(jié)過程中，熔滲原料Si與碳質(zhì)波紋板中碳反應(yīng)生成SiC，得 到SiC泡沫陶瓷波紋板。經(jīng)過滲Si后獲得碳化硅泡沬陶瓷，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成 份由95%的碳化硅和5%的硅組成，復(fù)相泡沫筋相對密度為100%，碳化硅平均晶 粒粒度為7,。
本實(shí)施例所得SiC泡沫陶瓷波紋板的技術(shù)指標(biāo)如下波紋形狀為圓滑波形， 波峰高15mm，波寬20mm;單位面積孔數(shù)20PPi;表觀密度1.5g/cm3;孔隙 率40%，耐強(qiáng)酸lijt蝕；1000°C下水淬實(shí)驗(yàn)可經(jīng)受15個(gè)循環(huán)不損壞。
實(shí)施例3
與實(shí)施例1不同之處在于
將質(zhì)量比分別為50%: 48%: 2%的平均粒度5pm碳化硅粉、環(huán)氧樹脂、五
洛脫品共溶于無水乙醇中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過濾，得料漿，所述料漿溶液溶
質(zhì)為總質(zhì)量的60% (風(fēng)干后的有機(jī)溶劑含量為10%)。將這種原料均勻涂覆在有 機(jī)泡沫聚胺酯海綿泡沬(泡沫孔徑在10PPi 80PPi之間)上，然后鋪在加熱到160°C 的具有三角開槽的對開模具的一面上，合模加壓至限位處，模具之剛艮位保證間 隙為l.Omm，保溫1分鐘后固化，開模即可得到具有三角溝槽的有機(jī)泡沬波紋板 前驅(qū)體，后將得到的前驅(qū)體在料漿中浸漬，離心去除多余料槳，保證泡沫開孔結(jié) 構(gòu)，烘干固化，重復(fù)上述過程多遍次，得到20%體積分?jǐn)?shù)的碳化硅泡沬陶瓷前驅(qū) 體，后將該前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下熱解，生成麵波紋板，其中升溫速率每分鐘S。C， 升溫至IOO(TC，保溫1小時(shí)。熱解后，進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲燒結(jié)，反應(yīng)Mit 190(TC， 升溫速率為15。C/分鐘，保溫0.5小時(shí)，熔滲原料為Si，得開孔的SiC泡沫陶瓷波
10紋板。經(jīng)過滲Si后獲得碳化硅泡沬陶瓷，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成份由90%的碳化硅
和10%的硅組成，復(fù)相泡沫筋相X寸密度為100%，碳化硅平均晶粒粒度為12pm。
本實(shí)施例所得SiC泡沫陶瓷波紋板的技術(shù)指標(biāo)如下波紋形狀為三角形，波
峰高5mm，波寬5mm;單位面積孔數(shù)30PPi;表觀密度0.6g/cm3;孔隙率 80%;耐強(qiáng)酸石JM蝕；1000。C下水淬實(shí)驗(yàn)可經(jīng)受9個(gè)循環(huán)不損壞。 實(shí)施例4
與實(shí)施例2不同之處在于
將質(zhì)量比分別為20%: 10%: 60%: 10%的平均粒度5|Lim碳化硅粉及平均粒 度為3pm硅粉、酚醛樹脂和糠醛樹脂(酚醛樹脂和糠醛樹脂重量比l: 1)、對甲
苯磺酸共溶于無水乙醇中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過濾，得料漿，所述料漿溶液溶
質(zhì)為總質(zhì)量40% (風(fēng)干后的有機(jī)溶劑含量為10%)。將這種原料均勻涂覆在選好 的有機(jī)泡沫聚胺酯海綿泡沫(泡沫 L徑在10PPi 80PPi之間)上,后在加熱到180°C 的具有波狀齒形對輥中擠壓走過，上下輥之間保證間隙為3mm，輥壓速度為 lm/min，得到有機(jī)泡沬波紋板前驅(qū)體，再將其在料漿中浸漬，氣吹去除多余料漿， 保證泡沫開孔結(jié)構(gòu)，烘干固化，重復(fù)上述過程多遍次，得到50%體積分?jǐn)?shù)的碳化 硅泡沫陶瓷前驅(qū)體，后將該前驅(qū)體在氬氣保護(hù)下熱解，生成碳質(zhì)波紋板；其中升 溫速率每分鐘5。C，升溫至80(TC，保溫2小時(shí)。熱解后，進(jìn)行真空反應(yīng)熔滲燒結(jié)， 反應(yīng)溫度160(TC，升溫速率為5T7分鐘，保溫5小時(shí)，在此燒結(jié)過程中，熔滲原 料Si與碳質(zhì)波紋板中碳反應(yīng)生成SiC，得到SiC泡沫陶瓷波紋板。經(jīng)過滲Si后獲 得碳化硅泡沫陶瓷，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成份由94%的碳化硅禾卩6%的硅組成，復(fù) 相泡沬筋相對密度為歸％，碳化硅平均晶粒粒度為15,。
本實(shí)施例所得SiC泡沬陶瓷波紋板的技術(shù)指標(biāo)如下波紋形狀為圓滑波形， 波峰高15mm，波寬20mm;單位面積？L數(shù)80PPi;表觀密度1.5g/cm3;孔隙 率50%，耐強(qiáng)酸石鵬蝕；1000°C下水淬實(shí)驗(yàn)可經(jīng)受8個(gè)循環(huán)不損壞。
權(quán)利要求
1.一種碳化硅泡沫陶瓷波紋板，其特征在于所述泡沫陶瓷材質(zhì)為SiC和Si，按重量分?jǐn)?shù)計(jì)，其成份由90％～98％的碳化硅和10％～2％的硅組成；泡沫陶瓷板片的形狀是由三角形或圓滑波形組成的波紋板。
2. 按權(quán)利要求1所述的碳化硅泡沫陶瓷波紋板，其特征在于碳化硅泡沫陶瓷桐料以多邊型封閉環(huán)為基本單元，各基本單元相互連接形成三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，單元孔徑在10PPi 80PPi，體積分?jǐn)?shù)控制在10~70%之間。
3. 按權(quán)利要求1所述的碳化硅泡沬陶瓷波紋板，其特征在于材料板片具有 褶鈹狀的波紋形狀，波紋形狀可以是三角形或者圓滑波形；波紋尺寸結(jié)構(gòu)可調(diào)。
4. 按權(quán)利要求1所述的碳化硅泡沬陶瓷波紋板的制備方法，其特征在于以 固體顆粒粉末和具有較高產(chǎn)碳率的高分子材料為原料，利用有機(jī)泡沫浸漬工藝并 結(jié)合模壓方法制備波紋板前驅(qū)體，熱解、燒結(jié)，具體制備過程如下(1) 原料準(zhǔn)備將固體顆粒粉末、高分子材料、固化劑按質(zhì)量百分比例為(70wt%~20wt%): (20wt% 70wt%): (lwt% 10wt%)共溶于有機(jī)溶劑中，經(jīng)機(jī)械攪拌后球磨，過 濾，得料漿，所述料漿溶液溶質(zhì)為總質(zhì)量的5 80%;固體顆粒粉末是碳化硅粉、硅粉或者二者混合粉末；高分子材料選自環(huán)氧樹 脂、酚醛樹脂和糠醛樹脂之一種或幾種；固化齊偽對甲苯磺酸、五洛脫品、草 酸或檸檬酸；有機(jī)溶劑為乙醇或甲醛；有機(jī)泡沫采用聚胺酯海綿泡沫，泡沫 L徑在10PPi 80PPi之間選擇；(2) 波紋成型將上述原料均勻涂敷在有機(jī)泡沬上，然后鋪在加熱的對開成型模具的一面上 后合模固化，成為模具形狀的波紋形狀；或者，采用加熱的波鄉(xiāng)輥，將涂敷后 的有機(jī)泡沫在對輥間擠壓固化成型為具有波紋形狀，對開成型模具或波紋對輥的 預(yù)熱溫度為120 180°C，波紋形狀根據(jù)實(shí)際情況由模具形狀控制；(3) 浸漬將步驟(2)得到的波紋板片繼續(xù)在步驟(1)中準(zhǔn)備好的料漿中浸泡，取出 并通過離心、氣吹的方法去除多余料漿，保持泡沫開孔，烘干固化，然后重復(fù)上述過程多遍次，得到所需體積分?jǐn)?shù)的有機(jī)高分子前驅(qū)體，其中碳化硅泡沫陶瓷的體積分?jǐn)?shù)控制在10 70%之間，其中烘干固化溫度為120 180°C;(4) 熱解將有機(jī)高分子前驅(qū)體在氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的保護(hù)氣氛下，或者在真 空條件下熱解，生成碳質(zhì)波紋板片，升溫速率每分鐘1~10°C，升溫至800 120(TC， 保溫0.5 2小時(shí)；(5) 液相反應(yīng)熔滲將熱解得到的碳質(zhì)波紋板片進(jìn)行反應(yīng)熔滲燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)熔滲中選用的原料 為硅，在氬氣、氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w的保護(hù)氣氛下燒結(jié)滲硅，或者在真空條件下 進(jìn)行燒結(jié)滲硅，升溫速率為每分鐘5 15'C，熔體溫度為1600 1900°C，保溫0.5 5 小時(shí)，得SiC泡沫陶瓷波紋板。
全文摘要
本發(fā)明屬于多孔陶瓷材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高強(qiáng)度、高比表面、低膨脹、高導(dǎo)熱、抗熱沖擊性能好、化學(xué)穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)可控的碳化硅泡沫陶瓷波紋板及其制備方法，解決碳化硅泡沫陶瓷波紋板成型等問題。所述SiC泡沫陶瓷材料以多邊型封閉環(huán)為基本單元，各基本單元相互連接形成三維連通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，材料板片具有褶皺狀的波紋形狀，波紋形狀可以是三角或者圓滑波形；本發(fā)明采用有機(jī)樹脂及SiC粉末為主要原料，利用有機(jī)泡沫浸漬工藝并結(jié)合模壓方法制備波紋板前驅(qū)體，熱解后經(jīng)反應(yīng)熔滲燒結(jié)成為SiC泡沫陶瓷波紋板。本發(fā)明提供的制備方法工藝簡單、操作方便、無需復(fù)雜設(shè)備，制造成本低。
文檔編號B28B3/12GK101555138SQ200810010958
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月9日
發(fā)明者強(qiáng) 劉, 張勁松, 曹小明, 楊振明, 沖 田 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所