[发明专利]一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法

说明书

本发明公开了一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法，以SiC纳米线气凝胶所提供的三维网络结构为骨架及增强体，能够确保SiC纳米线能在陶瓷基体中的均匀分布，通过基体与增强相间界面层的构筑，进一步优化了多孔陶瓷的强/韧力学性能，并且该工艺对设备要求低，制备效率高，能够制备形状和气孔率可控的多孔SiC陶瓷材料，易于实现工业规模化生产。经本发明方法制得的SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷，可实现对多孔陶瓷在微纳多尺度的增韧，适合用于高温隔热、航空航天、生物医疗和能源化工等诸多领域。

技术领域

本发明属于多孔陶瓷制备技术领域，具体涉及一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法。

背景技术

多孔陶瓷是一种经高温烧成、包含大量贯通和非贯通的孔道结构的块状陶瓷材料。SiC陶瓷具有耐高温、硬度高、热膨胀系数小、耐化学腐蚀和生物相容性好等优良特性，是一种被广泛应用的高温结构陶瓷。多孔SiC陶瓷材料在保留SiC固有特性的同时，还具有气孔率较高、体积密度小和比表面积大等多孔材料的优点，这些优良性能使得多孔SiC陶瓷广泛应用于过滤净化、高温隔热、航空航天、生物医疗和能源化工等诸多领域。

目前，多孔SiC陶瓷主要是以陶瓷粉体为原料，通过注射、干压、烧结等工艺进行成型得到多孔陶瓷材料，这些方法得到的多孔陶瓷具有孔隙率高、孔径可控、生产效率高等优点，但由于陶瓷本身存在脆性大、强度差和损伤容限低等问题，多孔SiC陶瓷在使用过程中寿命较低，且性能可靠性较差，制约了多孔SiC陶瓷的广泛应用。提高多孔SiC陶瓷材料的强韧性，可以通过在SiC陶瓷中引入晶须或纳米线等增强相来实现。SiC纳米线是一种物理性能和化学性能都十分优异的纳米增强体，其拉伸强度可达53.4GPa，远大于SiC纤维和SiC晶须。作为增强体引入到材料基体中时，SiC纳米线可通过裂纹偏转、脱粘及桥连等增韧机制，有效地强韧化基体材料。同时SiC纳米线的使用温度高，具有相同的热膨胀系数，可以与SiC陶瓷基体更好地配合，实现更优的综合性能。

目前，采用SiC纳米线对多孔SiC陶瓷进行增韧的应用有两种：第一种是在材料内部原位生长SiC纳米线，这种方法生长的纳米线无法达到均匀的分散效果，并且纳米线的总体积分数不足、所含杂质多；第二种是将纯化的纳米线与浆料混合后进一步加工，这种方法在处理过程中纳米线容易发生团聚，并且纳米线之间没有相互作用。因此上述的两种方法均存在一定的局限性，无法对多孔SiC陶瓷起到很好地增韧作用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷及其制备方法，能够有效解决纳米线无法对多孔SiC陶瓷起到很好的增韧作用的问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷的制备方法，包括以下步骤：

1)将SiC纳米线气凝胶通过热压处理，制得具有层状结构的SiC纳米线网络；

2)对具有层状结构的SiC纳米线网络进行界面修饰处理，沉积获得界面层；

3)使用陶瓷前驱体为原料，对经过步骤2)处理的沉积有界面层的层状结构的SiC纳米线网络进行若干次真空浸渍-交联固化-高温裂解处理，制得SiC纳米线网络增强层状多孔SiC陶瓷。

优选地，步骤1)中，所用SiC纳米线气凝胶具有由SiC纳米线构建的三维网络微观结构，密度为2～50mg/cm³，直径为20～500nm，组成相为β-SiC。

优选地，步骤1)中，热压处理是在1000～1500℃下，8～20MPa的压力下，保温处理0.5～3h。

优选地，步骤1)制得的具有层状结构的SiC纳米线网络由平行排列的SiC纳米线层组成，密度为200～1000mg/cm³；SiC纳米线层是由SiC纳米线相互搭接所构成的网络。