[发明专利]一种碳化硅泡沫陶瓷及使用其为材质的液态金属过滤器

说明书

本发明公开了一种碳化硅泡沫陶瓷及使用其为材质的液态金属过滤器，将聚碳硅烷与含乙烯基的硅烷，通过硅氢加成反应合成具有热固化特性的聚碳硅烷，然后以有机泡沫为模板，浸渍得到含有热固化性质聚碳硅烷的有机泡沫预制体，再对该泡沫预制体进行热处理，实现溶剂的脱除和聚碳硅烷的交联固化，最后进行高温热解，得到碳化硅泡沫陶瓷。本发明碳化硅泡沫陶瓷具有强度高、耐温性优良、抗热震性能优异和热传导性能优异等特性。在过滤熔融金属液方面就有重要应用价值。

技术领域

本发明属于陶瓷泡沫技术领域，具体涉及一种以可热固化聚碳硅烷制备的碳化硅泡沫陶瓷。

背景技术

碳化硅泡沫陶瓷具有优良特性：适应性好、抗氧化、耐腐蚀、热膨胀系数低、热稳定性好、热传导率低、渗透率高、流体吸附性好、选择透过性高、能量吸收或阻压性好，以及应力负载变形小等优异性能。广泛应用于过滤、生物陶瓷、吸音、催化剂载体及化工填料等领域。近几年，随着人们对泡沫陶瓷的需求日益扩大，制备高性能泡沫陶瓷也成为当务之急。

由于SiC是一种强共价键化合物，自扩散系数非常小，直接烧结温度接2000℃，通常情况下都是添加烧结助剂来降低其烧结温度(佘继红,江东亮.碳化硅陶瓷的发展与应用.陶瓷工程,1998,32(3):3‐11)。

众多制备方法中，有机泡沫浸渍工艺具有明显优势：它借助有机泡沫独特的三纤开孔网状骨架，将制备好的浆料均匀地涂覆在有机泡沫网状骨架结构上形成泡沫预制体，干燥处理使在泡沫骨架筋上的浆料更加牢固，再无压烧掉有机泡沫体，获得一种结构类似泡沫结构的泡沫陶瓷。该工艺操作简单，易于生产，可制得气孔连通性好且孔隙率高的陶瓷制品。

传统有机泡沫浸渍工艺中(姚秀敏,黄政仁,谭寿洪.聚碳硅烷低温烧结碳化硅网眼多孔陶瓷的研制[J].无机材料学报,2010,25(02):168‐172.；刘卫,黎阳,陈璐.聚碳硅烷低温制备碳化硅泡沫陶瓷[J].硅酸盐学报,2011,39(11):1763‐1767.；陈璐,黎阳,刘卫.聚碳硅烷低温烧结碳化硅泡沫陶瓷的制备[J].现代机械,2011(06):60‐61+87.；孙文飞.低温制备碳化硅泡沫陶瓷及其性能研究[D].贵州大学,2017.)，多采用以碳化硅陶瓷粉体为主要成分和粘结剂及溶剂配制浆料，以有机泡沫为模板，浸渍得到预制体，最后烧结预制体得到碳化硅泡沫陶瓷。烧结助剂的添加后，烧结制备SiC泡沫陶瓷温度大多在1400℃以上。梁汉琴(梁汉琴,姚秀敏,黄政仁,刘学建.碳化硅陶瓷液相烧结时的液相生成过程[J].机械工程材料,2015,39(02):34‐37.)对SiC泡沫陶瓷烧结温度和烧结机理进行了研究，SiC泡沫陶瓷主要是玻璃相对SiC颗粒的包覆、连接作用及新相莫来石生成。刘卫(刘卫,黎阳,陈璐.聚碳硅烷低温制备碳化硅泡沫陶瓷[J].硅酸盐学报,2011,39(11):1763‐1767.)采用有机模板浸渍法，在惰性气氛中，于1000℃以聚碳硅烷为裂解粘结SiC微粉制备了SiC泡沫陶瓷，其泡沫陶瓷线收缩率较大，抗折强度随固相含量的增加而升高，随PCS含量的增加先升高再降低；固相含量为69.6％,聚碳硅烷含量为10％时，抗弯强度可达3.9MPa。刘坚(刘坚,许云书,熊亮萍,徐光亮.含前驱体SiC粉体低压成型低温烧结SiC多孔陶瓷[J].中国粉体技术,2009,15(03):28‐30.)采用聚碳硅烷和SiC粉体为原料低压成型低温烧结制备SiC多孔陶瓷,研究了聚碳硅烷含量对SiC多孔陶瓷性能的影响。SEM分析表明,聚碳硅烷裂解产物将SiC颗粒粘结起来,多孔陶瓷具有相互连通的开孔结构。

综上所述，传统有机泡沫浸渍工艺中，浆料主要以碳化硅陶瓷粉体颗粒为主要成分，在烧结过程中，粘结剂在碳化硅陶瓷粉体颗粒之间形成连接，从而形成具有一定力学性能的陶瓷泡沫。粘结剂可分为：无极金属氧化物和有机化合物聚碳硅烷，前者对泡沫陶瓷的元素组成有较大影响，烧结制备温度高，在1300℃以上；后者在烧结过程中会发泡，含量低时，粘结效果不明显，含量高时，对泡沫的强度和孔隙的保持均有不利影响，泡沫陶瓷线收缩率较大，在制备浆料过程中，无论那种粘结剂与碳化硅粉体之间的分散均是难题，不能很好地形成均一稳定的浆料，这对最终的泡沫陶瓷的性能有不利的影响。