一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于原位发泡AlON‑AlN多孔材料及其制备方法。其技术方案是：将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混匀，得到Al4O4C料浆。将2～5质量份的发泡剂与所述发泡剂10～12倍的去离子水混合，搅拌，制得泡沫。向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，搅拌均匀，倒入模具中，自然状态条件下静置，于60～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1500～2000℃条件下保温1～5h，自然冷却，得到基于原位发泡AlON‑AlN多孔材料。本发明专利技术制备温度低、工艺简单和成本低，所制备的基于原位发泡AlON‑AlN多孔材料结合力强、热稳定性好和质量轻。

【技术实现步骤摘要】
一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法
本专利技术属于多孔材料的制备方法。具体涉及一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法。
技术介绍
AlON材料具有良好的抗渣侵蚀性和抗渣渗透性、耐高温、抗热震，抗侵蚀等性能，且有良好的透光性和优异的介电性能，是用于透明装甲、红外窗口罩、导弹窗口和头罩材料等领域的理想材料。AlN材料热导率高、电绝缘性好、强度和硬度高、耐腐蚀、耐磨损和低的热膨胀系数，在半导体材料、微波电子衰减材料及耐火材料等领域应用广泛。考虑到复合材料是提高材料性能的有效途径，结合AlN和AlON材料的特性，探究AlON-AlN复合材料结构和性能关系，对制备AlON-AlN复相陶瓷也有重要的意义。目前，分别制备AlN和AlON材料的方法很多，但是制备AlON-AlN复合材料的方法却很单一，均是以Al2O3和AlN为原料，在不同条件下制备AlON-AlN复合材料，但由于制得的复合材料结合性不好，物相比较分散，所以添加Y2O3来促进烧结。如MaghsoudipourA等人以Al2O3和AlN为原料，Y2O3为烧结助剂，在起始2bar的氮气气氛下，在1750～1950℃加压烧结制备AlON-AlN复合材料(MaghsoudipourA,BahrevarMA,HeinrichJG.ReactionSinteringofAlON-AlNComposites[J].JournaloftheEuropeanCeramicSociety.2005.25:1067-1072)。董磊等人将Al2O3和AlN混合，添加Y2O3，混合均匀后，在300Mpa条件下等静压成型，最后在氮气气氛和1650～1850℃条件下无压烧结制备AlON-AlN复合材料(董磊,杨建,丘泰.反应烧结制备AlON-AlN复相陶瓷及其性能[J].机械工程材料,2009,33(1):62-66)。马雪等人同样使用Al2O3和AlN粉体为基料，外加Y2O3作为烧结助剂，压成试样后，采用热压烧结，先预压到3Mpa，升温至1650～1850℃后再加压到30Mpa制备AlON-AlN复合材料(马雪,李良锋,董磊.烧结制度对AlON-AlN复相陶瓷的结构及性能影响[J].人工晶体学报,2015,44(06):1625-1629)。以上方法均使用Al2O3和AlN两种原料机械混合，并添加了烧结助剂以促进烧结，所需烧成温度较高，制得均属致密材料。所用AlN原料在机械混合时极易水化，采用机械混合的方式所制得的材料物相结合力不强。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种制备温度低、工艺简单和成本低的基于原位发泡AlON-AlN多孔材料的制备方法，用该方法制备的基于原位发泡AlON-AlN多孔材料结合力强、热稳定性好和质量轻。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将2～5质量份的发泡剂与所述发泡剂10～12倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，所述泡沫全部加入后继续搅拌1～5min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于60～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1500～2000℃条件下保温1～5h，自然冷却至室温，得到基于原位发泡AlON-AlN多孔材料。所述Al4O4C粉末的Al4O4C含量≥98.0wt％，粒度≤150μm。所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、羟乙基纤维素和平平加中的一种或两种物质与聚乙二醇的混合物。所述氮气的纯度≥98.5％。由于采用上述方案，本专利技术与现有制备技术相比有以下优点：本专利技术采用Al4O4C粉末为单一原料，不添加任何成型剂和烧结助剂，在较低温度下用发泡法原位制得AlON-AlN多孔材料，工艺简单和成本低。本专利技术采用的Al4O4C粉末具有良好的抗氧化性、抗水化性和高熔点，能显著提高基于原位发泡AlON-AlN多孔材料的抗氧化性和热力学性能。本专利技术采用的Al4O4C粉末在低温时分解及氮化会生成Al2O3和AlN，随氮化温度的升高，Al2O3和AlN与基体中的C反应生成AlON，残余AlN与AlON固溶到一起，AlN相与AlON相之间没有明显的界面，两相结合紧密，得到的基于原位发泡AlON-AlN多孔材料物相分散均匀，结合力强和热稳定性好。本专利技术用发泡法制备多孔胚体，能使Al4O4C胚体充分氮化，所制备的基于原位发泡AlON-AlN多孔材料具有相对密度低、质量轻等优点。因此，本专利技术制备温度低、工艺简单和成本低，所制备的基于原位发泡AlON-AlN多孔材料结合力强、热稳定性好和质量轻。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的描述及说，应理解下述具体实例仅用来说明本专利技术而非对其保护范围的限制。本具体实施方式中：所述Al4O4C粉末的Al4O4C含量≥98.0wt％，粒度≤150μm；所述氮气的纯度≥98.5％。实施例中不再赘述。实施例1一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～22质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将2～3质量份的发泡剂与所述发泡剂10～10.4倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，所述泡沫全部加入后继续搅拌1～5min，倒入模具中，自然状态下静置1～1.4h，于60～64℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1500～1600℃条件下保温1～5h，自然冷却至室温，得到基于原位发泡AlON-AlN多孔材料。所述发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和聚乙二醇的混合物。实施例2一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和22～24质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将2.5～3.5质量份的发泡剂与所述发泡剂10.4～10.8倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，所述泡沫全部加入后继续搅拌1～5min，倒入模具中，自然状态下静置1.4～1.8h，于64～68℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体。步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1600～1700℃条件下保温1～5h，自然冷却至室温，得到基于原位发泡AlON-AlN多孔材料。所述发泡剂为羟乙基纤维素和聚乙二醇的混合物。实施例3一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料及其制备方法方法。本实施例所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和24～26质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆。步骤二、将3～4质量份的发泡剂与所述发泡剂10.8～11.2倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫。步骤三、向所述Al4O4C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于原位发泡AlON‑AlN多孔材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆；步骤二、将2～5质量份的发泡剂与所述发泡剂10～12倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫；步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，所述泡沫全部加入后继续搅拌1～5min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于60～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体；步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1500～2000℃条件下保温1～5h，自然冷却至室温，得到基于原位发泡AlON‑AlN多孔材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于原位发泡AlON-AlN多孔材料的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：步骤一、将100质量份的Al4O4C粉末和20～30质量份的去离子水混合，搅拌均匀，得到Al4O4C料浆；步骤二、将2～5质量份的发泡剂与所述发泡剂10～12倍的去离子水混合，搅拌3～5min，制得泡沫；步骤三、向所述Al4O4C浆料中加入所述泡沫，边加入边搅拌，所述泡沫全部加入后继续搅拌1～5min，倒入模具中，自然状态下静置1～3h，于60～80℃条件下干燥，脱模，得到Al4O4C胚体；步骤四、将所述Al4O4C坯体置于气氛炉内，在氮气气氛和1500～2000℃条件下保温1～5h，自然冷却至室温，得到基于原位发泡AlON-AlN多孔材料。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：余超，郑永翔，丁军，邓承继，祝洪喜，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42