一種Sialon結(jié)合SiC多孔材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于多孔材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Sialon結(jié)合SiC多孔材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]SiC材料機械性能優(yōu)異，化學(xué)穩(wěn)定性好，耐腐蝕、抗侵蝕，熱震穩(wěn)定性好，是極為重要的高溫結(jié)構(gòu)材料。SiC的S1-C鍵為鍵力極強的共價鍵，常規(guī)方法極難燒結(jié)，通常添加燒結(jié)助劑或采用反應(yīng)燒結(jié)方法制備SiC材料，由此而得硅酸鹽結(jié)合SiC、氧化物結(jié)合SiC、莫來石結(jié)合SiC、Si3N4結(jié)合SiC等各種SiC制品，其中Sialon結(jié)合SiC性能最好，高溫強度高，抗熱沖擊性好，抗氧化性、耐熔體與酸堿侵蝕性強等。
[0003]SiC多孔材料氣孔率高，滲透性好，隔音隔熱性能好，在工業(yè)與高科技領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，遍及冶金、化工、電子、能源、航空、環(huán)保、生物等多個領(lǐng)域。例如，可用作高溫氣體凈化器、固體顆粒與熔融金屬過濾器、熱交換器、傳感器、保溫隔熱材料，以及汽車尾氣的催化劑載體等。
[0004]多孔材料的制備方法有添加造孔劑法、有機泡沫浸漬法(復(fù)制法)和發(fā)泡法等。關(guān)于SiC多孔材料的制備已有一些研究論文和專利，如:
[0005]期刊《硅酸鹽學(xué)報》2004年第34卷第2期第107頁至第112頁公開了劉巖等撰寫的“金屬過濾器用高性能SiC泡沫陶瓷的制備”的文章，以A1203、膨潤土和硅溶膠為燒結(jié)助劑，聚氨酯泡沫為模板，D50分別為15.8μπι和7.4μπι的SiC粉體為原料，經(jīng)2次掛漿制得抗彎強度達2.87MPa、平均孔徑約3_、抗熱震性良好的SiC泡沫陶瓷。
[0006]期刊《中國陶瓷工業(yè)》2013年第20卷第I期第9頁至第11頁公開了郭興忠等撰寫的“淀粉為造孔劑制備SiC多孔材料”的論文，報道了以微米SiC為基體，氧化鋁和氧化釔為燒結(jié)助劑，淀粉為造孔劑，采用無壓燒結(jié)技術(shù)制備SiC多孔材料。
[0007]“高溫除塵用復(fù)合SiC多孔材料制備及性能研究”(白成英，海南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014年)，利用原位反應(yīng)結(jié)合技術(shù)分別制備并研宄了二氧化硅、莫來石、堇青石結(jié)合SiC多孔復(fù)合陶瓷。
[0008]專利(公開號:CN103058708A)報道了一種低熱導(dǎo)率氮化硅結(jié)合SiC多孔材料的制備方法，其制備工藝是:I)將SiC細粉、水、分散劑和用于凝膠注模成型的單體、交聯(lián)劑球磨混合得到均勻的漿料;2)在漿料中加入適量發(fā)泡劑，將漿料機械攪拌得到泡沫漿料，向泡沫漿料中依次加入適量引發(fā)劑和催化劑，并快速澆注于模具中；3)漿料固化后，脫模得到坯體，坯體先后在恒溫恒濕箱和普通烘箱中干燥;4)干燥后的坯體先在空氣氣氛爐內(nèi)進行排膠，然后在氮氣氣氛爐內(nèi)進行燒結(jié)，最終得到Si3N4結(jié)合SiC多孔材料，可用于鋁電解槽外圍保溫材料。
[0009]但是，迄今尚未見關(guān)于Sialon結(jié)合SiC多孔材料的研究報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明為一種Sialon結(jié)合SiC多孔材料的制備方法，工藝簡單，操作方便，所制得的S i a I on結(jié)合S i C多孔材料體積密度小(不大于0.5g/cm3)，導(dǎo)熱系數(shù)低(1000 °C的導(dǎo)熱系數(shù)不大于0.25w/(m.k))，氣孔呈球形，獨立、封閉態(tài)，分布均勾，大小約0.5?1mm，主要用于高溫與腐蝕性氣氛的保溫隔熱。
[0011]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:以65?85質(zhì)量份的SiC粉、5?15質(zhì)量份的金屬Si粉和10?20質(zhì)量份的活性氧化鋁粉為原料，剛玉球為研磨介質(zhì)球磨I?5h，混合均勻，制得原料粉體，然后加入40?60質(zhì)量份的坯體增強劑，0.1?1.0質(zhì)量份的分散調(diào)凝劑，0.1?1.0質(zhì)量份的硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻，制得粘稠度適中的原料漿料，再與三萜皂甙植物發(fā)泡劑制得的泡沫混合均勻，制得碳化硅泡沫漿料，經(jīng)注模成型、干燥、工業(yè)氮化爐中1400°C氮化，制得Sialon結(jié)合SiC多孔材料。
[0012]上述技術(shù)方案中:SiC粉的碳化硅含量大于97%，粒度為325目及以下，金屬Si粉粒度為200目及以下，活性氧化鋁粉為P-Al2O3,坯體增強劑為質(zhì)量濃度I?5%的聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈣和淀粉中的一種或其復(fù)合的水溶液，分散調(diào)凝劑為碳酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、碳酸鋰中的一種或其復(fù)合。
[0013]采用上述技術(shù)方案，活性氧化鋁粉(P-Al2O3)水化后形成水合物，使泡沫漿料稠化而起到固泡效果，并賦予多孔坯體一定的干燥強度，500°C左右水合物分解生成極其微細的氧化鋁粒子;金屬硅粉在氮氣氣氛中氮化生成極其微細的氮化硅粒子，極微細的氮化硅粒子與氧化招粒子在高溫下反應(yīng)生成Sialon，將碳化娃顆粒結(jié)合起來，由此制得Sialon結(jié)合SiC多孔材料。添加分散調(diào)凝劑分散碳化硅粒子并調(diào)節(jié)P-Al2O3的水化進程，添加硅烷偶聯(lián)劑改善泡沫與SiC顆粒的界面結(jié)合性能。為增強多孔坯體的烘干強度，采用質(zhì)量濃度為I?5%的聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈣和淀粉中的一種或其復(fù)合的水溶液作為坯體增強劑。調(diào)節(jié)泡沫量可制得體積密度低至0.4g/cm3的Sialon結(jié)合SiC多孔材料。
[OOM]經(jīng)測定，本發(fā)明制備的體積密度為0.5g/cm3的Sialon結(jié)合SiC多孔材料，常溫耐壓強度1.5MPa，1000°C導(dǎo)熱系數(shù)為0.243w/(m.k)，XRD結(jié)果分析表明，主晶相為α-SiC和β-Sialon0
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。
[0016]本發(fā)明不受下述實施例的限制，可根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案與實際情況來確定具體的實施方式。
[0017]實施例1:
[0018]一種S ia I on結(jié)合S i C多孔材料的制備方法。以
[0019]A、稱取80重量份325目SiC粉、12.5重量份P-Al2O3和7.5重量份200目金屬Si粉，加入到剛玉球為研磨介質(zhì)的球磨機中研磨3h，制得原料粉體，備用。
[0020]B、稱取45?50重量份質(zhì)量濃度為2%的坯體增強劑，0.1?0.4重量份分散調(diào)凝劑，
0.2?0.5重量份硅烷偶聯(lián)劑KH-550，加入到A步驟經(jīng)均勻混合的原料粉體中，充分攪拌制得粘稠度適中的原料漿體。
[0021 ] C、稱取25重量份質(zhì)量濃度為I %的發(fā)泡劑溶液，使用高速攪拌機以2500r.p.m機械攪拌發(fā)泡劑溶液3min，制得泡沫；
[0022]D、將適量泡沫加入到原料漿體中，攪拌，使?jié){料與泡沫混合均勻，制得泡沫漿料。
[0023]E、將泡沫漿料注模，空氣環(huán)境下靜置一天，使泡沫漿料固化成型，制得濕坯。
[0024]F、將濕坯放入烘箱中干燥，室溫到60°C緩慢干燥，升溫速度不大于2.5°C/h，60°C干燥24h后脫模，然后以5°C/h的速度升至110°C，保溫24h，制得干坯。
[0025]G、干坯在1400 °C下工業(yè)氮化爐中氮化，由此制得體積密度約0.6g/cm3的Sialon結(jié)合Si C多孔材料。
[0026]實施例2:
[0027 ] 一種S ia I on結(jié)合S i