[发明专利]一种Cf/SiC多孔陶瓷及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔陶瓷材料制备技术领域，涉及一种Cf/SiC多孔陶瓷及其制备方法。

背景技术

碳化硅多孔陶瓷不仅具有陶瓷基体的优良性能，而且还具有密度低、热膨胀系数小、强度高、耐高温、耐腐蚀等特点，故碳化硅多孔陶瓷被广泛应用于汽车尾气净化器、熔融金属过滤器、保温和隔音材料及汽车尾气的催化剂载体等。目前，对碳化硅多孔陶瓷的研究热点集中在降低多孔陶瓷的烧结温度、提高孔隙率且使其孔隙形状可控。然而，研究发现当碳化硅多孔陶瓷的孔隙率增大，其抗压强度显著降低，使碳化硅多孔陶瓷在各领域的应用受到限制。碳纤维具有优异的力学性能，如高比强度、高比模量，特别是在2000℃以上高温惰性环境中，是唯一强度不下降的物质，因此在复合材料领域，碳纤维被广泛用于复合材料增强体。碳纤维增强碳化硅(Cf/SiC)复合材料多采用化学气相沉积、前驱体浸渍裂解、熔融浸渍等方法制备致密的复合材料，而对Cf/SiC多孔陶瓷的研究，很少有报道。申请号为201110004575.7的中国发明专利公开了一种Cf/SiC复合材料有序多孔陶瓷接头的制备方法，该方法首先制备含有氧化硅凝胶小球的Cf/SiC复合材料模板，然后将模板经过浸渍-裂解陶瓷先驱体，再用氢氟酸腐蚀掉氧化硅凝胶小球，即制得Cf/SiC复合材料有序多孔陶瓷接头。但是，该方法存在所制备Cf/SiC多孔陶瓷孔隙率低，孔隙结构不可控、制备工艺复杂等问题。

鉴于以上缺陷，实有必要提供一种可以解决以上技术问题的方法以制备高孔隙率、孔隙结构可控且抗压强度高的Cf/SiC多孔陶瓷。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种Cf/SiC多孔陶瓷及其制备方法，该方法操作简单，制备周期短，成本低；所制备的Cf/SiC多孔陶瓷具有良好的抗压强度，孔隙率达60～85％，且孔隙结构可控。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Cf/SiC多孔陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)将生物质碳源溶于水中，配制浓度为50～100g/L的碳源溶液；

2)将短切碳纤维预制件和碳源溶液放入微波消解罐中，然后再将微波消解罐放入微波水热合成仪中，在170～210℃下进行反应1～5h，然后自然冷却至室温，干燥后碳微球粘结的碳纤维骨架；

3)将碳微球粘结的碳纤维骨架浸渗于硅溶胶中30～150min后进行干燥，得到碳纤维预制体；

4)将碳纤维预制体在氩气气氛中于1350～1550℃下煅烧0.5～2.5h，然后自然降至室温，得到Cf/SiC多孔陶瓷。

所述步骤1)中生物质碳源为葡萄糖、蔗糖或淀粉。

所述步骤2)中碳纤维预制体的密度为0.20～0.40g/cm³。

所述步骤2)中微波消解罐的填充度为60％。

所述步骤2)中干燥的温度为50～90℃，干燥时间为1.5～3.5h。

所述步骤3)中硅溶胶中SiO₂的质量浓度为10％～30％，且硅溶胶为碱性硅溶胶、中性硅溶胶或改性酸性硅溶胶。

所述步骤3)中干燥的温度为50～90℃，干燥时间为1～3h。

一种Cf/SiC多孔陶瓷的孔隙率为60～85％，抗压强度为15～25MPa。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明将短切碳纤维预制件作为骨架，采用微波水热法在碳纤维表面沉积碳微球，得到碳微球粘结的碳纤维骨架；再将碳微球粘结的碳纤维骨架浸渗硅溶胶，最后在氩气气氛中煅烧得Cf/SiC多孔陶瓷。本发明中采用微波水热法将纳米级碳微球引入碳纤维预制件，不仅提供了反应所需碳源，而且使碳纤维相互粘结，有效提高碳纤维预制件骨架的抗压强度。本发明中硅溶胶为纳米级的SiO₂颗粒在水中或溶剂中的分散液，由于含有的纳米级SiO₂颗粒，对碳微球粘结的碳纤维骨架有较强的渗透力，所以纳米级SiO₂颗粒能通过毛细管渗透到骨架内部；当硅溶胶的水份蒸发时，胶体粒子间形成硅氧结合，牢固地附着在碳纤维骨架中的碳微球表面，有利于在较低温度下反应生成SiC。本发明的制备方法操作简单，制备周期短，成本低。本发明制备的Cf/SiC多孔陶瓷具有良好的抗压强度，抗压强度具体为15～25MPa，孔隙率达60～85％，孔隙结构可控。

附图说明

图1是本发明制备的Cf/SiC多孔陶瓷的X-射线衍射(XRD)图谱；