一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法技术

一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，它属于吸波、环保、催化、生物传感、半导体材料、能源和核防护材料制备领域，具体涉及一种SiC多孔陶瓷的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有制备SiC多孔陶瓷的方法普遍存在多孔陶瓷的孔径分布和大小难以调控、比表面积较小、高孔隙率陶瓷的力学强度低的问题。制备方法：一、揉制面团；二、发酵与冻干得到多孔面团；三、炭化得到碳多孔骨架；四、烧结得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。本发明专利技术主要用于制备耐高温结构型SiC多孔陶瓷。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于吸波、环保、催化、生物传感、半导体材料、能源和核防护材料制备领域，具体涉及一种SiC多孔陶瓷的制备方法。
技术介绍
多孔陶瓷具有很有独特的性能，例如：重量轻、比表面积大、耐高温以及化学性质稳定等，已经广泛应用在催化剂载体、高温过滤器、吸波、吸声和生物陶瓷等方面。其中，SiC多孔陶瓷除了具备密度小、孔隙率高、比表面积大的特点外，更具有热导率高、机械强度高、热膨胀系数小和抗热冲击强等SiC自身的特性。因此，SiC多孔陶瓷应用也越来越广泛。由SiC多孔陶瓷制成的轴承、喷咀、发动机部件、燃气机叶片和耐火材料等在航空航天、化工、汽车、冶金和机械等多个行业得到了广泛应用。新世纪以来，航空航天飞行器的发展快速推进，尤其是随着宇航技术的发展，许多空天飞行器已经在美国开发并民用化。空天飞行器要求轻量化，并且能在复杂的太空环境下生存，因此空天飞行器用材料应具备抗太空各种辐射，并且基于轻量化考虑，空天飞行器材料还应该结构功能一体化，在具有功能性的前提下，还具有结构承载能力。鉴于SiC优异的物理化学性质，在航空航天中的使用需求越来越广泛和迫切。现阶段，SiC多孔陶瓷的制备方法有很多，例如有机泡沫浸渍法、发泡法、添加造孔剂法和粒子烧结法等等。但这些制备SiC多孔陶瓷的方法普遍存在多孔陶瓷的孔径分布和大小难以调控、比表面积较小、高孔隙率陶瓷的力学强度低等缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有制备SiC多孔陶瓷的方法普遍存在多孔陶瓷的孔径分布和大小难以调控、比表面积较小、高孔隙率陶瓷的力学强度低的问题，而提供一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法。一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、揉制面团：利用去离子水将面粉和酵母混合均匀，并揉制成面团；二、发酵与冻干：将面团先恒温发酵，然后冷冻干燥，得到多孔面团；三、炭化：将多孔面团进行炭化处理，得到碳多孔骨架；四、烧结：将碳多孔骨架放置在反应硅源上，然后烧结，再冷却至室温，即得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。本专利技术优点：一、本专利技术开发了一种简便、易于放大的制备耐高温结构型SiC多孔陶瓷，该SiC多孔陶瓷实现结构功能一体化，本专利技术以面粉为原材料和酵母为发泡剂，先制备成多孔碳材料，然后在硅粉存在的环境下进行高温烧结，最终形成SiC多孔陶瓷，制备的多孔材料孔径可调、耐高温、力学承载性优异；二、通过改变酵母的用量来调节SiC多孔陶瓷中的孔径大小和分布情况；三、面粉中不加硅粉作为内部硅源时，可以得到由外到内SiC含量逐渐递减即SiC呈梯度分布的多孔陶瓷；面粉中加入硅粉作为内部硅源时，可以得到SiC分布均匀的多孔陶瓷；四、高温烧结时，通过改变外部硅源的量，可以调节SiC多孔陶瓷中SiC所占百分含量。附图说图1为实施例1制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的SEM照片；图2为实施例1制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的XRD图；图3为实施例2制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的SEM照片；图4为实施例3制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的SEM照片；图5为实施例4制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的SEM照片；图6为实施例4制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的XRD图；图7为实施例20制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的SEM照片；图8为实施例20制备的耐高温结构型SiC多孔陶瓷的XRD图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、揉制面团：利用去离子水将面粉和酵母混合均匀，并揉制成面团；二、发酵与冻干：将面团先恒温发酵，然后冷冻干燥，得到多孔面团；三、炭化：将多孔面团进行炭化处理，得到碳多孔骨架；四、烧结：将碳多孔骨架放置在反应硅源上，然后烧结，再冷却至室温，即得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。本实施方式在SiC生成的过程中，体系中会发生如下化学反应：SiO2(s)+Si(s)＝2SiO(g)(1)SiO2(s)+C(s)＝SiO(g)+CO(g)(2)SiO(g)+2C(s)＝SiC(s)+CO(g)(3)SiO(g)+3CO(g)＝SiC(s)+2CO2(g)(4)SiO气体经由碳多孔骨架的孔道进入其内部并与之反应生成SiC。本实施方式开发了一种简便、易于放大的制备耐高温结构型SiC多孔陶瓷，该SiC多孔陶瓷实现结构功能一体化，本实施方式以面粉为原材料和酵母为发泡剂，先制备成多孔碳材料，然后在硅粉存在的环境下进行高温烧结，最终形成SiC多孔陶瓷，制备的多孔材料孔径可调、耐高温、力学承载性优异。通过改变酵母的用量来调节SiC多孔陶瓷中的孔径大小和分布情况。面粉中不加硅粉作为内部硅源时，可以得到由外到内SiC含量逐渐递减即SiC呈梯度分布的多孔陶瓷。高温烧结时，通过改变外部硅源的量，可以调节SiC多孔陶瓷中SiC所占百分含量。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：步骤一中所述的面粉与酵母的质量比为200:(1～5)。其他与具体实施方式一相同具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的面粉的质量与去离子水的体积比为1g:(0.6mL～1mL)。其他与具体实施方式一或二相同。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的面团中还包含硅粉，且所述面团中硅粉质量不高于面粉质量的1/4。其他与具体实施方式一至三相同。本实施方式面粉中加入硅粉作为内部硅源时，可以得到SiC分布均匀的多孔陶瓷；具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤二中将面团在温度为35～45℃恒温条件下发酵5min～90min，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥6h～24h，得到多孔面团。其他与具体实施方式一至四相同。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤三中将多孔面团放入管式炉中，以氮气作为保护气，在温度为800～1000℃下炭化处理0.5h～24h，得到碳多孔骨架。其他与具体实施方式一至五相同。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六的不同点是：所述的惰性气体为氮气或氩气。其他与具体实施方式六相同。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤四中所述的反应硅源为硅粉或二氧化硅粉末/硅粉混合物；所述的二氧化硅粉末/硅粉混合物是按以下操作混合而成：将二氧化硅粉末和硅粉用球磨机充分混合1h～10h，其中所述二氧化硅粉末与硅粉的摩尔比为(0.1～1):1。其他与具体实施方式一至七相同。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中所述碳多孔骨架与反应硅源的质量比为1:(1～10)。其他与具体实施方式一至八相同。具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中将反应硅源铺放在刚玉坩埚底部，并将碳多孔骨架放置在反应硅源上，然后盖上刚玉盖子，得到盛有反应物的刚玉坩埚；以氩气作保护气，将盛有反应物的刚玉坩埚在温度为1400～1600℃下烧结0.5h～24h，冷却至室温，即得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。其他与具体实施方式一至九相同。本
技术实现思路
不局限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现专利技术的目的。采用下述试验验证本专利技术效果实施例1：一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、揉制面团：利用去离子水将面粉和酵母混合均匀，并揉制成面团；二、发酵与冻干：将面团先恒温发酵，然后冷冻干燥，得到多孔面团；三、炭化：将多孔面团进行炭化处理，得到碳多孔骨架；四、烧结：将碳多孔骨架放置在反应硅源上，然后烧结，再冷却至室温，即得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。

【技术特征摘要】
1.一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于它是按以下步骤完成的：一、揉制面团：利用去离子水将面粉和酵母混合均匀，并揉制成面团；二、发酵与冻干：将面团先恒温发酵，然后冷冻干燥，得到多孔面团；三、炭化：将多孔面团进行炭化处理，得到碳多孔骨架；四、烧结：将碳多孔骨架放置在反应硅源上，然后烧结，再冷却至室温，即得到耐高温结构型SiC多孔陶瓷。2.根据权利要求1所述的一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于步骤一中所述的面粉与酵母的质量比为200:(1～5)；步骤一中所述的面粉的质量与去离子水的体积比为1g:(0.6mL～1mL)。3.根据权利要求1所述的一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于步骤一中所述的面团中还包含硅粉，且所述面团中硅粉质量不高于面粉质量的1/4。4.根据权利要求1所述的一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于步骤二中将面团在温度为35～45℃恒温条件下发酵5min～90min，然后在冷冻干燥机中冷冻干燥6h～24h，得到多孔面团。5.根据权利要求1所述的一种耐高温结构型SiC多孔陶瓷的制备方法，其特征在于步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志江，苟永杰，吴丽娜，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23