一种轻质低热导γ-Y2Si2O7多孔陶瓷的绿色制备方法技术

本发明专利技术涉及多孔陶瓷绝热材料领域，具体为一种通过绿色环保的发泡注凝工艺制备轻质和低热导率的γ-Y2Si2O7多孔陶瓷的方法。以氧化钇和氧化硅粉末为原料，选用柠檬酸或柠檬酸铵为分散剂，以工业明胶为凝胶剂，先搅拌浆料1～3小时，再将其升温至40～50℃，然后加入发泡剂十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠、凝胶剂明胶和防止坯体开裂的丙三醇或聚乙二醇，接着注模。脱模之后先在室温下干燥20～30小时，然后在65～85℃下干燥20～30小时，最后在1500～1550℃下进行1～2小时的高温反应烧结，得到γ-Y2Si2O7多孔陶瓷。本发明专利技术绿色环保，未使用有毒有害的原料，制备方法简单、成本低廉，非常适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
—种轻质低热导Y-Y2Si2O7
本专利技术涉及多孔陶瓷绝热材料领域，具体为一种通过绿色环保的发泡注凝工艺制备轻质、高孔隙率和低热导率的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷材料的方法。
技术介绍
y -Y2Si2O7陶瓷在高温结构材料、硅基陶瓷的环障涂层和绝热材料等方面拥有广阔的潜在应用前景。再者，Y -Y2Si2O7由于具有优良的化学和热学稳定性(从室温到1500°C可以一直保持稳定)，以及较低的热导率(<2ff/(m*K), >1000°C ) (Z.Q.Sun, et al.J.Am.Ceram.Soc.(美国陶瓷学会会刊).2008 (91) [8]: 2623-2629.)，该陶瓷制备成多孔陶瓷后，Y -Y2Si2O7多孔陶瓷不仅具有较低的密度和良好的稳定性，且其热导率将大大降低，该多孔陶瓷可成为优异的绝热材料。 随着社会的进步和文明程度的提高，人们对环境友好的制备方法非常重视。常规的凝胶注模工艺所使用的有机单体为丙烯酰胺，具有神经毒性。再者，相应的其它原料(如:交联剂N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺、催化剂N，N，N’，N’ -四甲基乙二胺和引发剂过硫酸铵等)为有毒或有刺激性气味的物质，不利于绿色工业化生产(M.A.Janney, et al.J.Am.Ceram.Soc.(美国陶瓷学会会刊).(1998)81 [3]:581-591.)。 另外，目前研究人员主要关注Y-Y2Si2O7陶瓷块体材料和涂层的制备及性能，而Y-Y2Si2O7多孔陶瓷的相关研究很少。轻质、高孔隙率和低热导的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷作为绝热材料性能卓越，不论是在军用还是民用的隔热领域都有广阔的应用前景。这种新型绝热材料的广泛使用对节约能源、提高能源利用率也具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轻质、高孔隙率和低热导率Y -Y2Si2O7，采用的绿色制备工艺环境友好且有利于保证生产者的身体健康。 本专利技术的技术方案如下: —种轻质低热导Y -Y2Si2O7，具体步骤如下: I)浆料的配制:按质量份数计，以Y2O3和S12摩尔比1:2的混合粉末80?120份、去离子水40?60份、分散剂0.5?1.5份为原料,进行混合,然后搅拌I?3小时,形成浆料； 2)接着将浆料置于40?50°C的水浴中，再按质量份数计，向所述浆料中加入发泡剂0.5?2份，快速搅拌进行发泡10?30分钟，接着加入凝胶剂2.5?4份和防止坯体开裂添加剂2?5份，搅拌5?15分钟后注模，脱模后形成坯体； 分散剂为柠檬酸或柠檬酸铵，发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠，凝胶剂为明胶，防止坯体开裂的添加剂为丙三醇或聚乙二醇； 3)将坯体在室温下干燥20?30小时，然后在烘箱中65?85°C干燥20?30小时，最后在空气中1500?1550°C下进行高温反应烧结，烧除有机化合物，通过绿色制备方法合成出轻质低热导率的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷绝热材料。 所述的轻质低热导Y-Y2Si2O7，Y-Y2Si2O7多孔陶瓷绝热材料的密度为0.5?0.75g/cm3，孔隙率为80?90%，热导率为0.1?0.3W/(m.K)。 所述的轻质低热导Y-Y2Si2O7，高温反应烧结的升温速率为I?8°C /分钟，保温时间为I?2小时。 所述的轻质低热导Y -Y2Si2O7，Y2O3和S12的混合粉末的粒度尺寸范围为0.5?5 μ m。 所述的轻质低热导Y -Y2Si2O7，快速搅拌的搅拌机转速范围为1500?2000rpm。 本专利技术的优点及有益效果是: 1.本专利技术通过发泡注凝法制备出Y-Y2Si2O7多孔陶瓷材料，以氧化钇和氧化硅混合粉末作为原料，选用柠檬酸或柠檬酸铵为分散剂，水为分散介质，工业明胶为凝胶剂，十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠为发泡剂，丙三醇或聚乙二醇为防止坯体开裂添加剂，并将上述原料以及独特的作用有机结合，进行注模凝固，该方法可制备出轻质、高孔隙率和低热导率的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷。 2.本专利技术使用无毒无害的原料，绿色的生产环境更能保证生产者的健康，并且原料种类少，具有绿色环保的特点。 3.本专利技术制备方法简单、成本低廉，易于大规模生产，适合转化为生产力。 4.本专利技术所制备出的高性能Y-Y2Si2O7多孔陶瓷材料可成为性能优良的绝热材料，可用于航天航空领域的热防护系统，满足国家战略要求。 【附图说明】 图1(a)-图1(b)为Y-Y2Si2O7多孔陶瓷材料的扫描电镜照片。其中，图1(a)为实施例1 ;图1(b)为实施例2。 图2为Y -Y2Si2O7多孔陶瓷材料的X射线衍射谱图。 【具体实施方式】 在【具体实施方式】中，本专利技术轻质和低热导Y-Y2Si2O7，以氧化钇和氧化硅粉末为原料，选用柠檬酸或柠檬酸铵为分散剂，以工业明胶为凝胶剂，先搅拌浆料I?3小时，再将其升温至40?50°C，然后加入发泡剂十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠、凝胶剂明胶和防止坯体开裂的丙三醇或聚乙二醇，接着注模。脱模之后先在室温下干燥20?30小时，然后在65?85°C下干燥20?30小时，最后在1500?1550°C下进行I?2小时的高温反应烧结，便得到Y-Y2Si2O7多孔陶瓷。本专利技术绿色环保，未使用有毒有害的原料，制备方法简单、成本低廉，非常适合工业化生产。本专利技术可制备出低密度(0.5?0.75g/cm3)、高孔隙率(80 -90% )和低热导率(0.1?0.3ff/(m.K))，且具有二级孔结构的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷材料，可用作极端环境下的绝热材料，在航天航空领域具有广阔的应用前景。再者采用绿色环保工艺，未使用有毒有害的原料，制备方法简单、成本低廉，非常适合工业化生产。 下面通过附图和实施例对本专利技术进一步详细描述。 实施例1 先称取去离子水50g，不断搅拌下加入柠檬酸Ig和Y2O3 =S12摩尔比1:2的混合粉末100g，进行混合，Y2O3和S12的混合粉末的粒度尺寸为I?2 μ m，然后搅拌3小时，形成浆料； 接着将浆料置于45°C的水浴中，加入十二烷基硫酸钠1.5g，快速搅拌(搅拌机转速为1700rpm)进行发泡20分钟，接着加入明胶3.5g和丙三醇3g，搅拌5分钟后注模，脱模后形成还体； 将坯体在室温下干燥20小时，然后在烘箱中75°C干燥25小时，最后在空气中1525°C下进行高温反应烧结，高温反应烧结的升温速率为5°C/分钟，保温时间为1.5小时，烧除有机化合物，通过绿色制备工艺合成出轻质、高孔隙率和低热导率的Y-Y2Si2O7多孔陶瓷绝热材料。本实施例中，Y -Y2Si2O7多孔陶瓷绝热材料的密度为0.63g/cm3,孔隙率为84%,以及热导率为0.22W/(m.K)。、-Y2Si2O7多孔陶瓷的微观形貌由图1 (a)的SEM照片显示，样品的宏观孔孔径大小为45?220 μ m，微米孔大小为0.15?2μπι。 实施例2 先称取去离子水40g，不断搅拌下再加入柠檬酸铵0.5g和Y2O3 =S12摩尔比1:2的混合粉末80g，进行混合，Y2O3和S12的混合粉末的粒度尺寸为2?3 μ m，然后搅拌1.5小时，形成浆料； 接着将浆料置于40°C的水浴中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质低热导γ‑Y2Si2O7多孔陶瓷的绿色制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)浆料的配制：按质量份数计，以Y2O3和SiO2摩尔比1：2的混合粉末80～120份、去离子水40～60份、分散剂0.5～1.5份为原料，进行混合，然后搅拌1～3小时，形成浆料；2)接着将浆料置于40～50℃的水浴中，再按质量份数计，向所述浆料中加入发泡剂0.5～2份，快速搅拌进行发泡10～30分钟，接着加入凝胶剂2.5～4份和防止坯体开裂添加剂2～5份，搅拌5～15分钟后注模，脱模后形成坯体；分散剂为柠檬酸或柠檬酸铵，发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠，凝胶剂为明胶，防止坯体开裂的添加剂为丙三醇或聚乙二醇；3)将坯体在室温下干燥20～30小时，然后在烘箱中65～85℃干燥20～30小时，最后在空气中1500～1550℃下进行高温反应烧结，烧除有机化合物，通过绿色制备方法合成出轻质低热导率的γ‑Y2Si2O7多孔陶瓷绝热材料。

【技术特征摘要】
1.一种轻质低热导Y-Y2Si2O7多孔陶瓷的绿色制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 1)浆料的配制:按质量份数计，以Y2O3和S12摩尔比1:2的混合粉末80?120份、去离子水40?60份、分散剂0.5?1.5份为原料,进行混合,然后搅拌I?3小时，形成衆料； 2)接着将浆料置于40?50°C的水浴中，再按质量份数计，向所述浆料中加入发泡剂0.5?2份，快速搅拌进行发泡10?30分钟，接着加入凝胶剂2.5?4份和防止坯体开裂添加剂2?5份，搅拌5?15分钟后注模，脱模后形成坯体； 分散剂为柠檬酸或柠檬酸铵，发泡剂为十二烷基硫酸钠或十二烷基磺酸钠，凝胶剂为明胶，防止坯体开裂的添加剂为丙三醇或聚乙二醇； 3)将坯体在室温下干燥20?30小时，然后在烘箱中65?85°C干燥20?30小时，最后在空气中1500?1550°C下进行高温反应烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：王京阳，吴贞，孙鲁超，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21