本發(fā)明屬于功能陶瓷技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化硅多孔陶瓷材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

氮化硅陶瓷具有耐高溫、耐腐蝕、抗熱震、抗氧化、耐磨損等良好的高低溫綜合性能，廣泛應(yīng)用在航天航空、汽車發(fā)動機、機械、化工、石油等領(lǐng)域。利用其優(yōu)良的高溫性能、高的熱導(dǎo)率、良好的抗熱震性能和化學(xué)穩(wěn)定性，以及不被鋁、鉛、錫、銀、黃銅、鎳等很多種熔融金屬或合金所浸潤或腐蝕的特性，可用于上述金屬的冶煉及熔融金屬的過濾。

泡沫陶瓷材料始于20世紀70年代，是一種具有高溫特性的多孔材料，我國在20世紀80年代初開展泡沫陶瓷研究工作，近20年來，先后有十幾家科研機構(gòu)和廠家報道了泡沫陶瓷制備的研究。泡沫陶瓷由于具有氣孔率高、比表面積大、抗熱震、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕及良好的機械強度和過濾吸附性能，廣泛應(yīng)用于熱交換材料、布氣材料，汽車尾氣裝置，凈化冶金工業(yè)過濾熔融態(tài)金屬，熱能回收，輕工噴涂行業(yè)，工業(yè)污水處理，隔熱隔音材料，用作化學(xué)催化劑載體，電解隔膜及分類分散元件等。因此，制備高強度、孔徑均勻、性能穩(wěn)定的泡沫陶瓷體，拓寬和開發(fā)泡沫陶瓷在國內(nèi)外多個行業(yè)中的應(yīng)用十分必要。

泡沫陶瓷采用聚氨酯泡沫塑料為載體，將其浸入由陶瓷粉末、粘結(jié)劑、助燒結(jié)劑、懸浮劑等制成的料漿中，然后擠掉多余料漿，使陶瓷漿料均勻涂覆于載體骨架成為坯體，再將坯體干燥并經(jīng)高溫?zé)Y(jié)而成。泡沫陶瓷具有與泡沫塑料相似的孔隙結(jié)構(gòu)，通孔率達85～90％。國內(nèi)外已根據(jù)不同合金的特點，發(fā)展了多種不同材質(zhì)的泡沫陶瓷，如美國專利3893917、3962081、4024056、4075303，中國國家專利87101800.4、92102883.0、200710139286.1、200710139289.5等，這些泡沫陶瓷由氧化鋁、氧化硅、氧化鋯、氮化硅等材料制成，可用于過濾一般的鋁合金、銅合金、鑄鋼、鑄鐵等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種氮化硅多孔陶瓷材料，該陶瓷材料孔隙均勻，且孔隙率＞80％，熱化學(xué)穩(wěn)定性好，陶瓷筋強度高。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種氮化硅多孔陶瓷材料，包括以下原料：

陶瓷粉末30～60wt％，水玻璃1～3wt％，分散劑0.5～1.5wt％，余量為水；將原料制成漿料以軟質(zhì)有機泡沫塑料為載體，經(jīng)浸漬料漿、擠壓制成坯體后燒結(jié)制成即可；其中，陶瓷粉末由氮化硅70～80wt％、高嶺土10～20wt％、氧化石墨烯5～10wt％、氧化鋁1～5wt％與黃砂1～5wt％組成。

進一步，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是在50～60℃溫度的pH值為9～11的堿溶液中浸泡20～30min，然后先用3.0～6.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用0.5～1.5wt％的磺酸鹽做表面活性處理。

進一步，所述分散劑為羧甲基纖維素鈉。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種氮化硅多孔陶瓷材料的制備方法，包括以下步驟：

1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入水玻璃、分散劑與水攪拌混合均勻，制成漿料；

2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；

3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在100℃～120℃干燥硬化；

4)干燥后的坯料裝入燒結(jié)爐，在氮氣氣氛下，升溫至900℃～1150℃燒結(jié)即可。

進一步，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料是在50～60℃溫度的pH值為9～11的堿溶液中浸泡20～30min，然后先用3.0～6.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用0.5～1.5wt％的磺酸鹽做表面活性處理。具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、有彈性且能恢復(fù)原來形狀的可燃性有機泡沫塑料，由很多互聯(lián)空隙組成泡沫結(jié)構(gòu)，并能在較低溫度下以氧化等方式轉(zhuǎn)化成氣態(tài)排出。采用高濃度的聚乙烯亞胺溶液活化聚氨酯泡沫塑料然后用磺酸鹽做表面活性處理，不僅能夠提高陶瓷材料的強度，還能克服由于濃度過高聚乙烯亞胺在燒結(jié)過程中抑制陶瓷材料強度。

進一步，磺酸鹽為木質(zhì)素磺酸鈉或者十二烷基磺酸鈉。

進一步，軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料的孔徑為40～10PPI。

本發(fā)明有益效果：

1、本發(fā)明陶瓷粉末采用高嶺土、氧化石墨烯、氧化鋁與黃砂作為燒結(jié)助劑，一方面可以降低燒結(jié)溫度，另一方面有利于形成更多的氣泡，促進陶瓷內(nèi)部形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大大提高了陶瓷筋的強度。

2、本發(fā)明氮化硅多孔陶瓷材料，配料科學(xué)合理，采用的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料孔徑適宜，制得的氮化硅泡沫陶瓷成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔洞互聯(lián)，孔隙率可達80～96％，抗壓強度達到10MPa，并且熱化學(xué)穩(wěn)定性好。

具體實施方式

實施例1

陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高嶺土10wt％、氧化石墨烯10wt％、氧化鋁5wt％與黃砂5wt％組成。

原料配比為：陶瓷粉末60wt％，水玻璃3wt％，羧甲基纖維素鈉1.5wt％，余量為水。

選用40PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在50℃溫度的pH值為9的堿溶液中浸泡30min，然后先用3.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用0.5wt％的木質(zhì)素磺酸鈉做表面活性處理。

制備方法：

1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入水玻璃、羧甲基纖維素鈉與水攪拌混合均勻，制成漿料；

2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；

3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在100℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以40℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至800℃下保溫1h，使素坯具有一定強度；

4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1150℃保溫2h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅多孔陶瓷材料。

實施例2

陶瓷粉末由氮化硅75wt％、高嶺土15wt％、氧化石墨烯5wt％、氧化鋁2wt％與黃砂3wt％組成。

原料配比為：陶瓷粉末50wt％，水玻璃2wt％，羧甲基纖維素鈉1wt％，余量為水。

選用30PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在55℃溫度的pH值為10的堿溶液中浸泡25min，然后先用4.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用0.8wt％的木質(zhì)素磺酸鈉做表面活性處理。

制備方法：

1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入水玻璃、羧甲基纖維素鈉與水攪拌混合均勻，制成漿料；

2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；

3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在110℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以50℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至800℃下保溫1h，使素坯具有一定強度；

4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1100℃保溫4h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅多孔陶瓷材料。

實施例3

陶瓷粉末由氮化硅80wt％、高嶺土10wt％、氧化石墨烯5wt％、氧化鋁1wt％與黃砂4wt％組成。

原料配比為：陶瓷粉末40wt％，水玻璃1wt％，羧甲基纖維素鈉1wt％，余量為水。

選用20PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在60℃溫度的pH值為10.5的堿溶液中浸泡20min，然后先用5.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用1.2wt％的十二烷基磺酸鈉做表面活性處理。

制備方法：

1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入水玻璃、羧甲基纖維素鈉與水攪拌混合均勻，制成漿料；

2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；

3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在120℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以50℃/h的速率升溫500℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以150℃/h的升溫速度升溫至700℃下保溫1h，使素坯具有一定強度；

4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至950℃保溫5h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅多孔陶瓷材料。

實施例4

陶瓷粉末由氮化硅70wt％、高嶺土15wt％、氧化石墨烯10wt％、氧化鋁4wt％與黃砂1wt％組成。

原料配比為：陶瓷粉末40wt％，水玻璃1wt％，羧甲基纖維素鈉0.5wt％，余量為水。

選用10PPI的軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料，在60℃溫度的pH值為11的堿溶液中浸泡20min，然后先用6.0wt％聚乙烯亞胺溶液做表面活性處理，再用1.5wt％的十二烷基磺酸鈉做表面活性處理。

制備方法：

1)漿料制備：向陶瓷粉末中加入水玻璃、羧甲基纖維素鈉與水攪拌混合均勻，制成漿料；

2)以軟質(zhì)聚氨酯泡沫塑料為載體，浸漬上述漿料，并擠壓制成坯料；

3)坯料放入干燥箱內(nèi)，在120℃干燥硬化，然后在氧化氣氛下從室溫以20℃/h的速率升溫600℃排塑，使泡沫塑料完全揮發(fā)，然后以200℃/h的升溫速度升溫至700℃下保溫1h，使素坯具有一定強度；

4)然后將素坯，轉(zhuǎn)移到氣氛壓力燒結(jié)爐內(nèi)，升溫至1100℃保溫6h，自然冷去至室溫，即可獲得氮化硅多孔陶瓷材料。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。