一种多孔陶瓷及其制备方法技术

本申请公开了一种多孔陶瓷及其制备方法。本申请的多孔陶瓷由自发泡的陶瓷浆料，经室温发泡成型和高温烧结而成；陶瓷浆料的主要成分包括有机聚合物、化学发泡剂和催化剂；有机聚合物为以碳链或含硅主链为骨架的尚未交联的液态有机聚合物，交联后呈固态；化学发泡剂能产生氢气或二氧化碳；催化剂用于催化交联聚合反应。本申请的多孔陶瓷，其孔径大小和孔隙率可通过配方进行控制，制备简单、容易实现低成本的大规模生产，制备过程不依赖于有机模板，能够制备开孔型和闭孔型的多孔材料，所用陶瓷浆料易于浇注到各种模具或空隙中，制备复杂外形的部件，成型的多孔材料还可切割加工，然后再高温转化成多孔陶瓷。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了。本申请的多孔陶瓷由自发泡的陶瓷浆料，经室温发泡成型和高温烧结而成；陶瓷浆料的主要成分包括有机聚合物、化学发泡剂和催化剂；有机聚合物为以碳链或含硅主链为骨架的尚未交联的液态有机聚合物，交联后呈固态；化学发泡剂能产生氢气或二氧化碳；催化剂用于催化交联聚合反应。本申请的多孔陶瓷，其孔径大小和孔隙率可通过配方进行控制，制备简单、容易实现低成本的大规模生产，制备过程不依赖于有机模板，能够制备开孔型和闭孔型的多孔材料，所用陶瓷浆料易于浇注到各种模具或空隙中，制备复杂外形的部件，成型的多孔材料还可切割加工，然后再高温转化成多孔陶瓷。【专利说明】
本申请涉及陶瓷领域，特别是涉及。
技术介绍
多孔材料是具有独特内部三维结构的一类特殊材料。由于内部孔洞的存在，多孔材料跟致密材料相比，其独特性质主要体现在低密度和高表面积。如果内部孔洞是互相连通的，多孔材料还可以容许流体在内部通过。由于多孔材料的独特性质，它们在生产与生活中有着广泛的用途。包装运输所用的泡沫塑料和海绵利用的是多孔材料的低密度和吸能的特性。气体与液体过滤器所用的滤芯利用的是多孔材料的内部孔洞的连通性和高表面积对颗粒进行阻拦与吸附。工业用多相催化剂载体利用了多孔材料的微孔和高表面积。 根据多孔材料的骨架材料，多孔材料可以分类为多孔聚合物、多孔金属和多孔陶瓷。以聚氨酯泡沫为代表的多孔聚合物已经实现规模化生产与应用，生产工艺非常成熟。通常有机聚合物在300摄氏度以上会熔化或者分解。常见金属的熔点在1500摄氏度以下，在达到熔点之前会开始烧结，如果暴露在空气中则容易氧化。跟聚合物和金属相比，陶瓷化学性质更稳定，可以在更高温度下使用，不会熔化，烧结或者发生反应。因此在很多应用场合，多孔陶瓷具有不可替代的地位。 然而，目前制备多孔陶瓷，尤其是高孔隙率的多孔陶瓷并没有一种低成本，可控性强，容易规模化生产的技术。现有的，以聚氨酯泡沫为模板的方法是一种有代表性的制备多孔陶瓷的方法。具体的包括两种方式，一是在聚氨酯泡沫里吸收氧化物陶瓷浆料，然后经过烘干和焚烧，获得复制了原来聚氨酯泡沫结构的氧化物陶瓷泡沫。另一种方式是将聚氨酯泡沫高温处理转化成碳泡沫，然后通过化学气相沉积让硅与碳反应，在碳骨架的外面形成碳化硅。无论那种方式，这种模板法制备多孔陶瓷主要存在两个不足:一是所制的泡沫材料的骨架是中空的或者包着碳芯的，降低了材料的机械强度；二是用这种方法只能制备孔洞连通的泡沫材料，因为模板本身必须具有孔洞联通结构才能够让陶瓷浆料或者陶瓷前驱体进入模板中，所以不能制备孔洞闭塞的泡沫材料。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种新的制备多孔陶瓷的配方，以及多孔陶瓷的制备方法。 为了实现上述目的，本申请采用了以下技术方案: 本申请的一方面公开了一种多孔陶瓷，该多孔陶瓷由自发泡的陶瓷浆料，经过室温发泡成型和高温烧结而成；自发泡的陶瓷浆料的主要成分包括有机聚合物、化学发泡剂和催化剂；有机聚合物为以碳链或含硅主链为骨架有机聚合物，且有机聚合物呈液态，交联后呈固态；化学发泡剂为能产生氢气或二氧化碳中的化学发泡剂；催化剂为钼化合物或络合物、钛化合物、锡化合物、有机过氧化物中的至少一种。其中，催化剂的作用在于能够在室温条件下促进聚合反应和发泡反应的同时进行，催化剂的选择取决于具体的聚合反应和发泡反应。 需要说明的是，其中室温发泡成型是指，在交联剂的作用下，液态的尚未交联聚合的有机聚合物交联固化成型，在这个过程中，利用添加其中的发泡剂，在交联固化的同时产生气体，从而在固化成型的有机聚合物基体中形成多孔结构；高温烧结是指，对固化成型的有机聚合物基体进行高温处理，使其转化成陶瓷。还需要说明的是，本申请的关键在于采用特定的自发泡的陶瓷浆料，在室温进行发泡成型，然后高温烧结成多孔陶瓷；可以理解，自发泡的原理可以参考现有的自发泡材料，而高温烧结的具体温度或其它条件是根据不同的碳、硅有机聚合物而定的，在此不做具体限定。 优选的，有机聚合物为乙烯基聚硅氧烷、乙烯基硅胶树脂、羟基聚硅氧烷、羟基硅胶树脂、烯丙基聚硅碳烷、烯丙基聚硅氨烷、烯丙基聚硅氧烷和异氰酸酯中的至少一种。 需要说明的是,本申请中的有机聚合物是通过交联聚合反应固化的,有机聚合物中含有可发生聚合反应的官能团，这些官能团优选为乙烯基、烯丙基、羟基和异氰酸基中的至少一种，因此，凡是以碳链或含硅主链为骨架，且含有这些官能团，能够交联聚合的有机聚合物都可以用于本申请；乙烯基聚硅氧烷、乙烯基硅胶树脂、羟基聚硅氧烷、羟基硅胶树月旨、烯丙基聚硅碳烷、烯丙基聚硅氨烷、烯丙基聚硅氧烷和异氰酸酯只是本申请的优选方案；其中，聚合反应可以是加成聚合反应或者缩合聚合反应，在此不做具体限定。 优选的，发泡剂为甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、丙三醇、水或羟基硅氧烷中的至少一种。需要说明的是，本申请的发泡剂是能够与有机聚合物或者交联剂反应生成气体的化合物，优选的为含羟基的化合物。 优选的，自发泡的陶瓷浆料中还包括交联剂，交联剂中含有能够与有机聚合物发生聚合反应的官能团，这些官能团包括硅氢基、羟基或氨基中的至少一种；优选的，交联剂为多氢基硅氧烷、多羟基硅氧烷、多元醇和多元胺中的至少一种。需要说明的是，本申请的交联剂是以碳链为骨架的各种有机化合物或以含硅主链为骨架的各种有机硅化合物中的一种，并且交联剂中含有能够与有机聚合物发生聚合反应的官能团，这些官能团包括硅氢基、羟基和氨基中的至少一种。还需要说明的是，交联剂的作用是使未交联的有机聚合物交联聚合，可以理解，如果有机聚合物的分子链中包含了可引起聚合反应的官能团，只需要添加催化剂或在适当条件下就可以使其自行交联，则不需要另外添加交联剂。 优选的，自发泡的陶瓷浆料中还包括填料，填料为碳化硅粉末、氮化硅粉末、氧化硅粉末、氧化铝粉末、氧化锆粉末、氧化钛粉末、生物玻璃粉末和羟磷灰石粉末中的至少一种。需要说明的是，本申请中，直接通过自发泡的陶瓷浆料就可以获得多孔陶瓷，因此完全可以不使用填料；填料的作用是增加转化产物中的陶瓷的含量，减少体积收缩和裂纹，填料的另一个作用是改变多孔陶瓷的本体材料性能，如机械强度、热传导性、电传导性等，填料颗粒也可以是具有内部结构的颗粒如中空的玻璃微球等，因此可以根据不同的功能的生产需要进行选择，在此不做具体限定。 优选的，填料的粒径为I纳米至I毫米。可以理解，填料的加入虽然可以改变多孔陶瓷的物理特性，同样对有机聚合物的交联聚合反应也是具有影响的，甚至也会影响多孔陶瓷的孔径，因此优选的填料粒径在I纳米至I毫米之间；优选的，填料在陶瓷浆料中所占的体积百分比为0%至30%，填料的含量不能过高，以免导致前驱体混合物的粘度过高而无法进行机械搅拌。 本申请的另一面公开了本申请的多孔陶瓷的制备方法，包括，(a)配制陶瓷浆料，利用化学自发泡的方法，在室温下于液态的陶瓷浆料中生成气泡，同时，利用化学交联反应，使得液态前驱体固化定型，形成以有机聚合物为基体的多孔材料；(b)将固化的多孔材料在控制气氛中进行高温热处理，转化为多孔陶瓷。 优选的,控制气氛为真空、空气、氮气、IS气或氨气中的一种。需要说明的是，本申请中高温热处理的作用是将有机聚合物基体烧掉，或者转化为碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔陶瓷，其特征在于：所述多孔陶瓷由自发泡的陶瓷浆料，经过室温发泡成型和高温烧结而成；所述自发泡的陶瓷浆料的主要成分包括有机聚合物、化学发泡剂和催化剂；所述有机聚合物为以碳链或含硅主链为骨架的尚未交联的有机聚合物，且有机聚合物在未交联时呈液态，交联后呈固态；所述化学发泡剂为能产生氢气或二氧化碳中的化学发泡剂；所述催化剂为铂化合物或络合物、钛化合物、锡化合物、有机过氧化物中的至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海标，潘锋，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东;44