一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，属于陶瓷材料技术领域。本发明专利技术以氮化硅和氧化锆晶须为原料，制备一种高强度复合泡沫陶瓷，氧化锆是一种高硬度的化合物，在泡沫陶瓷中可以起到弥散增强作用，氧化锆晶须和氮化硅的热失配使氧化锆在基体中处于受压状态，晶界处不易形成半共格和共渗结构，使两者可以很好的连接，材料保持了很高的力学强度，且氧化锆晶须的加入增加了对基体的约束，从而降低了可相变能力，可以抑制氧化锆晶须老化现象的发生，从而提高泡沫陶瓷的抗氧化性能，氧化锆晶须还能在复合泡沫陶瓷的表面形成一层致密的氧化锆薄膜，能有效阻隔氧气的进入，从而提高复合泡沫陶瓷的抗氧化性和力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法
本专利技术涉及一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，属于陶瓷材料

技术介绍
泡沫陶瓷是一种新型多孔材料，具有高化学稳定性、高强度、耐高温、抗热震、低密度、高气孔率、大比表面积等优点，因此在汽车尾气处理、污水处理、节能隔热、化学催化及生物材料等领域显示出巨大的应用前景。但是，现有的泡沫陶瓷种类很少，根据其主要组成，分为碳化硅、氧化锆和氮化硅等三类。显然，这些材料只能适用于特定的场合，如果要将泡沫陶瓷的优势在更多领域得到发挥，需要研发更多种类的泡沫陶瓷。泡沫陶瓷一般可以分为两类，即开孔陶瓷及闭孔陶瓷，这取决于各个孔穴是否具有固体壁面。如果形成泡沫体的固体仅仅包含于孔棱中，则称之为开孔陶瓷，其孔隙是相互连通的。如果存在着固体壁面，则称为闭孔陶瓷，其中的孔穴由连续的陶瓷基体相互分隔。由于泡沫陶瓷的气孔存在，使得在使用时，其抗弯强度不高，相比于其他陶瓷材料，在使用性能上存在不足之处，使用时具有一定的局限性。此外，还存在相对导热系数比较高，抗氧化性能和抗热震性能较差的缺陷。因此，制备出强度高、孔径均匀、性能稳定的泡沫陶瓷体，拓宽和开发泡沫陶瓷在国内各行业中的应用，无疑是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对现有泡沫陶瓷强度低、力学性能差的问题，提供了一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：（1）按重量份数计，分别称量20~30份大豆蛋白粉，80~100份混合浆料、8~12份蔗糖、0.4~0.6份氧化镁粉末；（2）将大豆蛋白粉、蔗糖、氧化镁粉末置于混合浆料中，常温下以300~400r/min转速球磨30~40min，得发泡浆料；（3）将发泡浆料置于80~90℃下干燥2~3h，常温冷却，得泡沫陶瓷预制体，将泡沫陶瓷预制体置于1400~1600℃下高温烧结2~3h，室温冷却，得高强度复合泡沫陶瓷。步骤（1）所述的氧化镁粉末的平均粒径为100~200μm。所述混合浆料的具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量50~60份氮化硅粉末、20~30份改性氧化锆晶须、3~5份氧化钇粉末、1~3份聚乙烯醇、5~10份丙三醇、1~3份羧甲基纤维素、60~80份去离子水。（2）将聚乙烯醇、丙三醇、羧甲基纤维素加入去离子水中，在50~60℃水浴下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得溶液；（3）将氮化硅、改性氧化锆晶须、氧化钇粉体置于球磨机下，常温下以200~240r/min转速球磨1~2h，得混合粉体；（4）将混合粉体加入溶液中，常温下以1500~1700r/min转速搅拌1.5~2h，再置于超声波分散机中，常温下超声分散20~30min，得混合浆料。步骤（1）所述的氮化硅粉末的平均粒径为80~120nm，氧化钇粉末的平均粒径为40~80nm。步骤（4）所述的超声分散的功率为500~600W。所述改性氧化锆晶须的具体制备步骤为：（1）按重量份数计，分别称量30~40份氧化锆晶须、3~4份乙烯基三乙氧基硅烷、0.6~0.8份硬脂酸、80~100份无水乙醇；（2）将乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在30~40℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，得改性液；（3）将氧化锆晶须加入改性液中，置于超声波分散机内，常温下超声20~30min，静置2~4h，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤3~5次，置于80~90℃烘箱中干燥1~2h，常温冷却，得改性氧化锆晶须。步骤（1）所述的氧化锆晶须平均长度为200~400μm。步骤（3）所述的超声功率为300~400W。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：本专利技术以氮化硅和氧化锆晶须为原料，制备一种高强度复合泡沫陶瓷，氧化锆是一种高硬度的化合物，在泡沫陶瓷中可以起到弥散增强作用，加入高弹性模量和高强度的氧化锆晶须可产生明显的裂纹分叉和弯曲而使裂纹行路变长，从而强化氧化锆晶须的相变作用，同时，氧化锆晶须和氮化硅的热失配使氧化锆在基体中处于受压状态，晶界处不易形成半共格和共渗结构，使两者可以很好的连接，材料保持了很高的力学强度，且氧化锆晶须的加入增加了对基体的约束，从而降低了可相变能力，可以抑制氧化锆晶须老化现象的发生，从而提高泡沫陶瓷的抗氧化性能，氧化锆晶须还能在复合泡沫陶瓷的表面形成一层致密的氧化锆薄膜，能有效阻隔氧气的进入，从而提高复合泡沫陶瓷的抗氧化性和力学性能。本专利技术通过添加氧化钇粉体，制备复合泡沫陶瓷，向氧化锆中加入氧化钇，经高温锻烧后，形成氧化钇与氧化锆的代位固溶体的晶型可变为萤石型的立方晶体，掺杂后的氧化锆陶瓷的正方晶体结构将不随温度的变化而改变，由于钇取代锆形成置换型固溶体，在这种情况下，晶格将会产生畸变，复合泡沫陶瓷的烧结随着缺陷的增加而得到促进，材料的致密度也随之加强，从而有效改善泡沫陶瓷的抗热震性和力学性能，并且氧化钇能够与氧化锆形成第二相钇铝石榴石聚集在晶界处，阻碍晶粒的长大，这使气孔有机会沿晶粒晶界扩散而逸出，或者气孔残留在晶界处，能够在表面呈现出细小的晶粒尺寸，以及较高的致密度，从而有效提高复合泡沫陶瓷的力学性能和耐用性。具体实施方式按重量份数计，分别称量30~40份平均长度200~400μm的氧化锆晶须、3~4份乙烯基三乙氧基硅烷、0.6~0.8份硬脂酸、80~100份无水乙醇，将乙烯基三乙氧基硅烷、硬脂酸加入无水乙醇中，在30~40℃的水浴条件下以180~200r/min转速搅拌30~40min，得改性液，将氧化锆晶须加入改性液中，置于超声波分散机内，常温下以300~400W的功率超声20~30min，静置2~4h，过滤，取滤饼，用去离子水洗涤3~5次，置于80~90℃烘箱中干燥1~2h，常温冷却，得改性氧化锆晶须再按重量份数计，分别称量50~60份平均粒径80~120nm的氮化硅粉末、20~30份改性氧化锆晶须、3~5份平均粒径40~80nm的氧化钇粉末、1~3份聚乙烯醇、5~10份丙三醇、1~3份羧甲基纤维素、60~80份去离子水，将聚乙烯醇、丙三醇、羧甲基纤维素加入去离子水中，在50~60℃水浴下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得溶液，将氮化硅、改性氧化锆晶须、氧化钇粉体置于球磨机下，常温下以200~240r/min转速球磨1~2h，得混合粉体，将混合粉体加入溶液中，常温下以1500~1700r/min转速搅拌1.5~2h，再置于超声波分散机中，常温下以500~600W的功率超声分散20~30min，得混合浆料，再按重量份数计，分别称量20~30份大豆蛋白粉，80~100份混合浆料、8~12份蔗糖、0.4~0.6份平均粒径100~200μm的氧化镁粉末，将大豆蛋白粉、蔗糖、氧化镁粉末置于混合浆料中，常温下以300~400r/min转速球磨30~40min，得发泡浆料，将发泡浆料置于80~90℃下干燥2~3h，常温冷却，得泡沫陶瓷预制体，将泡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：/n（1）按重量份数计，分别称量20~30份大豆蛋白粉，80~100份混合浆料、8~12份蔗糖、0.4~0.6份氧化镁粉末；/n（2）将大豆蛋白粉、蔗糖、氧化镁粉末置于混合浆料中，常温下以300~400r/min转速球磨30~40min，得发泡浆料；/n（3）将发泡浆料置于80~90℃下干燥2~3h，常温冷却，得泡沫陶瓷预制体，将泡沫陶瓷预制体置于1400~1600℃下高温烧结2~3h，室温冷却，得高强度复合泡沫陶瓷。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量20~30份大豆蛋白粉，80~100份混合浆料、8~12份蔗糖、0.4~0.6份氧化镁粉末；
（2）将大豆蛋白粉、蔗糖、氧化镁粉末置于混合浆料中，常温下以300~400r/min转速球磨30~40min，得发泡浆料；
（3）将发泡浆料置于80~90℃下干燥2~3h，常温冷却，得泡沫陶瓷预制体，将泡沫陶瓷预制体置于1400~1600℃下高温烧结2~3h，室温冷却，得高强度复合泡沫陶瓷。


2.根据权利要求1所述的一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述的氧化镁粉末的平均粒径为100~200μm。


3.根据权利要求1所述的一种高强度复合泡沫陶瓷的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述混合浆料的具体制备步骤为：
（1）按重量份数计，分别称量50~60份氮化硅粉末、20~30份改性氧化锆晶须、3~5份氧化钇粉末、1~3份聚乙烯醇、5~10份丙三醇、1~3份羧甲基纤维素、60~80份去离子水；
（2）将聚乙烯醇、丙三醇、羧甲基纤维素加入去离子水中，在50~60℃水浴下以300~400r/min转速搅拌20~30min，得溶液；
（3）将氮化硅、改性氧化锆晶须、氧化钇粉体置于球磨机下，常温下以200~240r/min转速球磨1~2h，得混合粉体；
（4）将混合粉体加入溶液中，常温下以1500~1700r/min转速搅拌1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂花，
申请(专利权)人：王桂花，
类型：发明
国别省市：湖南;43