[发明专利]一种钇硅氧多孔高温陶瓷材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔高温陶瓷材料领域，具体为一种钇硅氧(Y₂Si₂O7)多孔高温陶瓷材料的制备方法。

背景技术

钇硅氧(Y₂Si₂O7)陶瓷为一种高熔点(1775℃)的硅酸盐，是具有广阔应用前景的新型高温结构陶瓷。它具有很多优良的性质，如极低的热导率、良好的抗氧化和热腐蚀性能、优异的化学和热稳定性、较低的杨氏模量而且还具有室温准塑性等。其在航空、航天领域可具有广泛的应用，如：作为硅基高温陶瓷的环障涂层、高温合金的热障涂层和超低热导率的先进隔热材料等。目前，对于Y₂Si₂O7陶瓷的研究集中在粉体、薄膜及块体材料的合成及性能研究方面，还没有关于多孔Y₂Si₂O7陶瓷的制备及性能报道。从应用目标看，发展Y₂Si₂O₇多孔陶瓷至关重要，能够在获得超低热导率的高温陶瓷、部件减重方面获得重要突破，为用于航空、航天领域的隔热、防热材料提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钇硅氧多孔高温陶瓷材料的制备方法，解决Y₂Si₂O₇多孔陶瓷的可控制备问题。

本发明的技术方案如下：

一种钇硅氧（Y₂Si₂O₇）多孔高温陶瓷材料的制备方法，具体步骤如下：

1）以聚氨酯泡沫为模板，首先对其表面进行预处理；

先用去离子水对聚氨酯泡沫进行清洗，并干燥；然后在50-60℃下质量分数为15-20%的NaOH溶液中浸泡2-3h后用去离子水清洗，并随后干燥；接着在质量分数为1-2%的羧甲基纤维素钠（CMC）溶液中浸泡2-3h后，取出干燥；

2）按质量份数计，以Y₂SiO₅粉末50-60份、去离子水5-10份、羧甲基纤维素钠溶液5-10份、硅溶胶25-35份、高岭土0.5-0.8份和聚乙二醇或柠檬酸铵0.2-0.5份为原料，进行混合配制Y₂SiO₅浆料，并调节浆料的pH值；将步骤1)中获得的模板在浆料中浸渍、挂浆2-4次；通过离心法除去模板中多余的浆料，取出后干燥获得预制体；

3）将预制体在空气中700-900℃下热处理，除去有机骨架并预烧结，随后在空气中1500-1550℃下进行高温反应烧结，使多孔陶瓷的骨架致密，获得孔结构可控的Y₂Si₂O₇多孔陶瓷材料。Y₂Si₂O₇多孔陶瓷的孔径、孔隙率由聚氨酯泡沫的孔径、孔隙率及形貌控制，多孔陶瓷骨架密度约为4g/cm³。

本发明的混合浆料中，Y₂SiO₅粉末的粒度范围为0.2-0.8μm，配制浆料的羧甲基纤维素钠（CMC）溶液的质量分数为1-2%，配制浆料的硅溶胶溶液的质量分数为25-30%，并将浆料pH值调至9-11，聚乙二醇的分子量范围为6000-20000；预烧结的升温速率为0.5-1℃/min，保温时间为1-1.5h；高温反应烧结致密化的升温速率为5-9℃/min，保温时间为1.5-2.5h。

本发明的优点是：

1.本发明提出一种通过有机泡沫浸渍工艺制备钇硅氧（Y₂Si₂O₇）多孔高温陶瓷材料的方法，该方法以聚氨酯有机泡沫为模板，以Y₂SiO₅粉末、去离子水、CMC溶液、硅溶胶、高岭土和聚乙二醇或柠檬酸铵为混合浆料，进行多次浸渍、挂浆后，经低温预烧结和高温反应烧结致密化等工艺过程，制备出孔结构可控、骨架致密的Y₂Si₂O₇多孔陶瓷材料。其中，CMC溶液可改善浆料稳定性以及与海绵的粘结性；硅溶胶可提高样品烧除海绵后的强度，并与Y₂SiO₅反应生成Y₂Si₂O7；高岭土可改善浆料粘度；聚乙二醇或柠檬酸铵可提高浆料与海绵的润湿性。