[发明专利]一种使用造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及利用造孔剂碳粉通过反应熔渗和低温煅烧技术相结合制备多孔碳化硅陶瓷的方法，提高多孔碳化硅陶瓷孔隙率的技术领域。

背景技术

多孔陶瓷具有十分广泛的实际应用前景，如用作熔融金属或热气体的过滤器，医学临床的病菌等微生物过滤，超滤分离血清蛋白；化学反应过程的过滤膜；催化剂或酶的载体等。该项目研制开发的SiC多孔陶瓷过滤材料具有优良的使用性能。

碳化硅多孔陶瓷是一种内部结构中有很多孔隙的新型功能材料。由于具有低密度、高强度、高孔隙率、高渗透性、比表面积大、抗腐蚀、抗氧化、良好的隔热性、抗热震性和耐高温性等特点，碳化硅多孔陶瓷在一般工业领域及高科技领域得到了越来越广泛的应用。例如，可用作高温气体净化器、柴油机排放的固体颗粒过滤器、熔融金属过滤器、热交换器、传感器、保温和隔音材料、汽车尾气的催化剂载体等。此外，它们在生物医用领域也具有潜在的应用前景。碳化硅多孔陶瓷材料的应用已遍及冶金、化工、电子、能源、航空、环保、生物等多个领域。

制备碳化硅多孔陶瓷有多种工艺方法 ,包括添加造孔剂工艺，发泡工艺，有机泡沫浸渍工艺，溶胶-凝胶工艺等。其中添加造孔剂法是在烧结过程中，造孔剂挥发或分解离开基体留下气孔来制备多孔陶瓷的工艺方法。

传统的添加造孔剂法，在烧结过程中，一般采用无压氧化环境烧结，为了提高产品的性能，通常加入一定量的铝粉、氧化铝、氧化钇等作为烧结助剂。随烧结温度的升高，烧结体致密性越高，从而使气孔率下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可获得高孔隙率和高强度的碳化硅多孔陶瓷的制备方法。使用SiC和造孔剂碳粉混合均匀，添加少量酚醛树脂作为粘接剂，并压制成坯料，在真空电阻炉中熔渗少量硅后，接着在850℃氧气炉中煅烧的办法，制备多孔碳化硅陶瓷。

本发明的技术方案是：一种使用造孔剂制备多孔碳化硅陶瓷的方法，它的步骤如下：

（1）将30-95重量份的碳化硅粉、5-70重量份的碳粉混合后，加入酚醛树脂再混合，酚醛树脂的加入量为碳化硅粉和碳粉总重量的3-6%，在2-4MPa压力下压制成型，然后在温度条件为80-120℃的烘箱中烘干1-3小时，制成生坯；

（2）将生坯放入铺有硅粉的坩埚中，硅粉的重量为碳化硅粉和碳粉总重量的4-12%，将坩埚放入真空炉，在真空度为0.01-0.1Pa的条件下于1550-1650℃烧结0.5-3小时，并于1600-1650℃排硅，制成烧结坯；

（3）将烧结坯在850-900℃的氧气炉中煅烧1-4小时。

所述碳化硅粉和碳粉的目数为200-800目。

本发明的有益效果是：使用碳粉作为造孔剂，这样孔隙的数量可以通过造孔剂的质量分数来控制；少量的酚醛树脂中的碳和加入的碳粉在高温和熔渗进入的少量硅反应，生成二次的碳化硅相，并使碳化硅颗粒相连接形成多孔材料骨架；低温煅烧除去多余的大量的碳粉，从而形成孔隙。通过在SiC、造孔剂碳粉压坯中熔渗少量Si，使之结合后，排Si并随后在850℃氧气炉中煅烧的办法，得到孔隙率为70%以上的多孔碳化硅陶瓷。本发明所得多孔碳化硅陶瓷孔隙尺寸可控、孔隙率可调、适合工业规模。本发明利用碳化硅粉和碳粉，在真空气氛下熔渗硅，然后采用低温煅烧的方法制备多孔碳化硅陶瓷材料。配方简单，孔隙率高，强度高，耐腐蚀性和热稳定性好的特点。

具体实施方式

实施例1

将30g的400目的SiC粉末和20g的400目C粉均匀混合，混合方式为湿混，用酒精做溶剂，混合3小时，然后再加入2g的酚醛树脂，并混合2小时，将以上粉末模压成型，选用压制压力为2MPa，然后放入烘箱中于120℃固化40分钟；将上述样品置于铺有5g的Si粉的坩埚中，转移至真空烧结炉，真空度为0.01Pa，在1550℃熔渗Si约40分钟；然后升温至1650℃，抽真空排Si约10分钟，随炉冷却，取出样品；然后将上述试样放置于电阻炉中，于850℃烧结1.5小时，将剩余的C氧化分解，得到碳化硅多孔陶瓷材料。孔隙率为75%。

实施例2